WO2023153035A1 - 窒化物系半導体発光素子 - Google Patents

窒化物系半導体発光素子 Download PDF

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WO2023153035A1
WO2023153035A1 PCT/JP2022/041910 JP2022041910W WO2023153035A1 WO 2023153035 A1 WO2023153035 A1 WO 2023153035A1 JP 2022041910 W JP2022041910 W JP 2022041910W WO 2023153035 A1 WO2023153035 A1 WO 2023153035A1
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WO
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layer
nitride
side guide
emitting device
guide layer
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PCT/JP2022/041910
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English (en)
French (fr)
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雅幸 畑
徹 高山
真治 吉田
靖利 川口
Original Assignee
ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser

Definitions

  • the present disclosure relates to a nitride-based semiconductor light-emitting device.
  • nitride-based semiconductor light-emitting devices that emit blue light are known, but there is a demand for high-output nitride-based semiconductor light-emitting devices that emit ultraviolet light with a shorter wavelength (for example, Patent Document 1, etc.). reference).
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device can realize a watt-class ultraviolet laser light source, it can be used as a light source for exposure, a light source for processing, and the like.
  • An active layer having a quantum well structure is used as a light-emitting layer of a nitride-based semiconductor light-emitting device that emits ultraviolet light.
  • Such active layers include one or more well layers and multiple barrier layers. Since ultraviolet light has a shorter wavelength (that is, higher energy) than visible light, the bandgap energy of the well layer that emits ultraviolet light is greater than the bandgap energy of the well layer that emits visible light. Therefore, in order to secure the quantum effect in the quantum well structure, it is necessary to increase the bandgap energy of the barrier layer.
  • the refractive index of the barrier layer becomes smaller, so it is necessary to increase the Al composition ratio of the clad layer in order to make the refractive index of the clad layer smaller than that of the barrier layer.
  • the tensile strain in the semiconductor laminate such as the clad layer with respect to the GaN substrate increases.
  • the crystallinity of the semiconductor laminate is degraded, and cracks are likely to occur in the semiconductor laminate.
  • the present disclosure aims to solve such problems, and aims to provide a nitride-based semiconductor light-emitting device capable of reducing the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate.
  • one aspect of the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate made of GaN, a first cladding layer made of AlGaN disposed above the substrate, and above the substrate. , the first cladding layer, and a first semiconductor layer disposed between the active layer, the active layer comprising a well layer made of a nitride-based semiconductor and Al made of the average bandgap energy of the first semiconductor layer is smaller than the average bandgap energy of the first cladding layer, and the first semiconductor layer is made of AlGaInN.
  • another aspect of the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate made of GaN, an N-type cladding layer made of AlGaN disposed above the substrate, and the N-type cladding layer made of AlGaN.
  • an N-side semiconductor layer arranged above the type cladding layer and made of a nitride-based semiconductor; an active layer arranged above the N-side semiconductor layer; and an active layer arranged above the active layer and made of the nitride-based semiconductor.
  • an average bandgap energy of the N-side semiconductor layer is smaller than an average bandgap energy of the N-type cladding layer, and an average bandgap energy of the P-side semiconductor layer is equal to the P-type
  • At least one of the N-side semiconductor layer and the P-side semiconductor layer is made of AlGaInN, which is smaller than the average bandgap energy of the cladding layer.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device capable of reducing the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing the overall configuration of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an active layer included in the nitride-based semiconductor light-emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the bandgap energy in the AlxGa1 -xyInyN layer and the bandgap energy in the AlzGa1 -zN layer.
  • FIG. 5 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the seventh embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the eighth embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the ninth embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the tenth embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the seventh embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the eighth embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing the distribution of the bandg
  • FIG. 14 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the eleventh embodiment.
  • FIG. 15 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the twelfth embodiment.
  • FIG. 16 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the thirteenth embodiment.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scales and the like are not always the same in each drawing.
  • symbol is attached
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to vertical upper and vertical lower in absolute spatial recognition, but are defined by relative positional relationships based on the stacking order in the stacking structure. used as a term Also, the terms “above” and “below” are used not only when two components are spaced apart from each other and there is another component between the two components, but also when two components are spaced apart from each other. It also applies when they are arranged in contact with each other.
  • Embodiment 1 A nitride-based semiconductor light-emitting device according to Embodiment 1 will be described.
  • FIGS. 1, 2A and 2B are a schematic plan view and a cross-sectional view, respectively, showing the overall configuration of a nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2A shows a cross-section along line II-II of FIG.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the active layer 105 included in the nitride-based semiconductor light emitting device 100 according to this embodiment.
  • Each figure shows an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other.
  • the X, Y, and Z axes are a right-handed Cartesian coordinate system.
  • the stacking direction of the nitride-based semiconductor light emitting device 100 is parallel to the Z-axis direction, and the main emission direction of light (laser light) is parallel to the Y-axis direction.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 includes a semiconductor laminate 100S including nitride-based semiconductor layers. Light is emitted from the end face 100F (see FIG. 1).
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 is a semiconductor laser device having two facets 100F and 100R forming a resonator.
  • the end surface 100F is a front end surface that emits laser light
  • the end surface 100R is a rear end surface having a higher reflectance than the end surface 100F.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device 100 has a waveguide formed between the facet 100F and the facet 100R.
  • the reflectances of the end faces 100F and 100R are 16% and 95%, respectively.
  • the cavity length of nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment (that is, the distance between facet 100F and facet 100R) is about 1200 ⁇ m.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device 100 emits ultraviolet light having a peak wavelength in the 375 nm band, for example.
  • Nitride-based semiconductor light emitting device 100 may emit ultraviolet light having a peak wavelength in a band other than the 375 nm band, or may emit light having a peak wavelength in a wavelength band other than ultraviolet light.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device 100 includes a substrate 101, a semiconductor laminate 100S, a current blocking layer 111, a P-side electrode 112, and an N-side electrode 113.
  • the semiconductor laminate 100S includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 103, a second N-side guide layer 104, an active layer 105, a first P-side guide layer 106, and an electron barrier layer 107. , a second P-side guide layer 108 , a P-type cladding layer 109 and a contact layer 110 .
  • the substrate 101 is a plate-like member that serves as a base for the nitride-based semiconductor light emitting device 100 .
  • the substrate 101 is arranged below the N-type cladding layer 102 and is made of N-type GaN. More specifically, substrate 101 is a GaN substrate doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the N-type clad layer 102 is an example of a first clad layer arranged above the substrate 101 and made of AlGaN.
  • the clad layer is a layer capable of approximating the variation of the light intensity distribution in the layer with respect to the lamination direction by an exponential function.
  • the conductivity type of the N-type cladding layer 102 is N-type.
  • the N-type cladding layer 102 has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 105 .
  • the N-type cladding layer 102 is an N-type Al 0.065 Ga 0.935 N layer with a thickness of 800 nm doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the average bandgap energy of a layer means the magnitude of the bandgap energy at a certain position in the stacking direction of the layer, from the position of the interface on the substrate side in the stacking direction of the layer to the substrate. It is the value of the bandgap energy integrated in the stacking direction up to the position of the interface on the far side and divided by the layer thickness (the distance between the interface on the substrate side and the interface on the far side from the substrate).
  • the average refractive index of a layer is the magnitude of the refractive index at a certain position in the stacking direction of that layer, from the position of the interface on the side of the substrate in the stacking direction of that layer to the position of the interface on the far side from the substrate in the stacking direction. , and divided by the film thickness of the layer (the distance between the interface on the substrate side and the interface on the far side from the substrate).
  • the average Al composition ratio of a layer means the magnitude of the Al composition ratio at a certain position in the lamination direction of the layer, from the position of the interface on the substrate side in the lamination direction of the layer to the position of the interface on the far side from the substrate. It is the value of the Al composition ratio integrated in the stacking direction and divided by the film thickness of the layer (the distance between the interface on the substrate side and the interface on the far side from the substrate).
  • the average impurity concentration of a layer is the magnitude of the impurity concentration at a certain position in the stacking direction of that layer, from the position of the interface on the side of the substrate in the stacking direction of that layer to the position of the interface on the far side from the substrate in the stacking direction. , and divided by the layer thickness (the distance between the interface on the substrate side and the interface on the far side from the substrate).
  • An impurity means an impurity doped to obtain an N-type conductivity in an N-type semiconductor layer, and an impurity doped to obtain a P-type conductivity in a P-type semiconductor layer.
  • the first N-side guide layer 103 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the N-type cladding layer 102 and the active layer 105, and is made of a nitride-based semiconductor.
  • the light guide layer is a layer capable of approximating the mode of change in light intensity distribution in the layer with respect to the lamination direction by a trigonometric function.
  • the first N-side guide layer 103 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the N-type clad layer 102 .
  • the average bandgap energy of the first N-side guide layer 103 is greater than or equal to the average bandgap energy of the second N-side guide layer 104 .
  • the first N-side guide layer 103 contains Al. Also, the first N-side guide layer 103 is an N-type nitride semiconductor layer. In other words, the average impurity concentration of the first N-side guide layer 103 is 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or higher. In this embodiment, the first N-side guide layer 103 is arranged between the N-type cladding layer 102 and the second N-side guide layer 104, and is a film doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.03 Ga 0.97 N layer with a thickness of 70 nm.
  • the second N-side guide layer 104 is arranged above the N-type cladding layer 102 and is an example of an N-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the second N-side guide layer 104 is arranged between the N-type cladding layer 102 and the active layer 105, and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN.
  • the second N-side guide layer 104 is an optical guide layer.
  • the average bandgap energy of the second N-side guide layer 104 is smaller than the average bandgap energy of the N-type cladding layer 102 .
  • the second N-side guide layer 104 is an undoped AlGaInN layer.
  • the average impurity concentration of the second N-side guide layer 104 is less than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the second N-side guide layer 104 is undoped Al 0.05 Ga 0.94 In 0.01 with a thickness of 70 nm, which is arranged between the first N-side guide layer 103 and the active layer 105 . N layer.
  • the active layer 105 is a light emitting layer arranged above the substrate 101 .
  • the active layer 105 is arranged above the second N-side guide layer 104 .
  • the active layer 105 has a quantum well structure and emits ultraviolet light.
  • the active layer 105 is a single layer having a well layer 105b made of a nitride-based semiconductor and two barrier layers 105a and 105c made of a nitride-based semiconductor containing Al. It is a quantum well structure.
  • a well layer 105b is disposed between two barrier layers 105a and 105c.
  • the configuration of the active layer 105 is not limited to this.
  • active layer 105 may have a multiple quantum well structure.
  • the active layer 105 may have three or more barrier layers and two or more well layers.
  • Each of the barrier layers 105a and 105c is a nitride-based semiconductor layer arranged above the first N-side guide layer 103 and functioning as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 105c is arranged above the barrier layer 105a.
  • the bandgap energy of each of the barrier layers 105a and 105c is equal to the bandgap energy of the well layer 105b, the average bandgap energy of the first P-side guide layer 106, and the average bandgap energy of the first N-side guide layer 103. It is larger than the average bandgap energy and smaller than the average bandgap energy of the electron barrier layer 107 .
  • Each of the barrier layers 105a and 105c is an undoped Al 0.07 Ga 0.92 In 0.01 N layer with a thickness of 10 nm. , the average bandgap energy, the Al composition ratio, and the In composition ratio of the barrier layer 105c.
  • the well layer 105b is a nitride-based semiconductor layer arranged above the barrier layer 105a and functioning as a well of a quantum well structure.
  • the well layer 105b is an undoped In 0.01 Ga 0.99 N layer with a thickness of 17.5 nm.
  • the first P-side guide layer 106 is arranged above the active layer 105 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 106 is arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 105, and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN. That is, in the nitride-based semiconductor light emitting device 100, both the second N-side guide layer 104 (that is, N-side semiconductor layer) and the first P-side guide layer 106 (that is, P-side semiconductor layer) are made of AlGaInN.
  • the first P-side guide layer 106 is a light guide layer.
  • the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the first P-side guide layer 106 are equal to the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the second N-side guide layer 104, respectively.
  • the average bandgap energy of the first P-side guide layer 106 is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 109 .
  • the first P-side guide layer 106 is an undoped AlGaInN layer. In other words, the average impurity concentration of the first P-side guide layer 106 is less than 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the first P-side guide layer 106 is an undoped Al 0.05 Ga 0.94 In 0.01 N layer with a thickness of 72 nm.
  • the electron barrier layer 107 is a nitride semiconductor layer arranged between the first P-side guide layer 106 and the P-type cladding layer 109 .
  • the bandgap energy of the electron barrier layer 107 is greater than the bandgap energy of the barrier layer 105c. This can suppress leakage of electrons from the active layer 105 to the P-type cladding layer 109 .
  • the bandgap energy of the electron barrier layer 107 is greater than the bandgap energy of the P-type cladding layer 109 .
  • the electron barrier layer 107 is a 5 nm thick P-type Al 0.30 Ga 0.70 N layer doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the second P-side guide layer 108 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 105, and is made of a nitride-based semiconductor.
  • the second P-side guide layer 108 is also an example of a second guide layer arranged between the electron barrier layer 107 and the P-type cladding layer 109 .
  • the average bandgap energy and Al composition ratio of the second P-side guide layer 108 are equal to the average bandgap energy and Al composition ratio of the first N-side guide layer 103, respectively.
  • the second P-side guide layer 108 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the P-type cladding layer 109 .
  • the average bandgap energy of the second P-side guide layer 108 is greater than or equal to the average bandgap energy of the first P-side guide layer 106 .
  • the second P-side guide layer 108 contains Al.
  • the second P-side guide layer 108 is a P-type nitride semiconductor layer.
  • the average impurity concentration of the second P-side guide layer 108 is 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more.
  • the second P-side guide layer 108 is disposed between the electron barrier layer 107 and the P-type cladding layer 109, and is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and has a thickness of 148 nm. It is a P-type Al 0.03 Ga 0.97 N layer.
  • the P-type clad layer 109 is an example of a first clad layer arranged above the substrate 101 and made of AlGaN.
  • the conductivity type of the P-type cladding layer 109 is P-type.
  • the P-type cladding layer 109 is arranged above the first P-side guide layer 106 .
  • the P-type cladding layer 109 has a smaller refractive index and a larger average bandgap energy than the active layer 105 .
  • the average bandgap energy of the P-type cladding layer 109 is smaller than the average bandgap energy of the electron barrier layer 107 .
  • the average bandgap energy and Al composition ratio of the P-type clad layer 109 are equal to the average bandgap energy and Al composition ratio of the N-type clad layer 102, respectively.
  • the P-type clad layer 109 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end portion of the P-type cladding layer 109 closer to the active layer 105 is lower than the impurity concentration at the end portion farther from the active layer 105 .
  • the P-type cladding layer 109 is an AlGaN layer with a thickness of 450 nm, and is placed on the side closer to the active layer 105 and is doped with Mg at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 with a thickness of 150 nm.
  • a ridge 109R is formed in the P-type cladding layer 109. Also, the P-type cladding layer 109 is formed with two grooves 109T arranged along the ridge 109R and extending in the Y-axis direction. In this embodiment, the ridge width W is approximately 30 ⁇ m.
  • the contact layer 110 is a nitride-based semiconductor layer arranged above the P-type cladding layer 109 and in ohmic contact with the P-side electrode 112 .
  • the contact layer 110 is a P-type GaN layer with a thickness of 60 nm.
  • the contact layer 110 is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 as an impurity.
  • the current blocking layer 111 is arranged above the P-type cladding layer 109 and is an insulating layer having transparency to light from the active layer 105 .
  • the current blocking layer 111 is arranged in a region of the top surfaces of the P-type cladding layer 109 and the contact layer 110 other than the top surface of the ridge 109R.
  • the current blocking layer 111 may also be arranged on a partial region of the upper surface of the ridge 109R.
  • current blocking layer 111 may be disposed in the edge region of the top surface of ridge 109R.
  • the current blocking layer 111 is a SiO2 layer.
  • the P-side electrode 112 is a conductive layer arranged above the contact layer 110 .
  • the P-side electrode 112 is arranged above the contact layer 110 and the current blocking layer 111 .
  • the P-side electrode 112 is, for example, a single layer film or a multilayer film made of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt and Au.
  • the N-side electrode 113 is a conductive layer arranged below the substrate 101 (that is, on the main surface opposite to the main surface on which the N-type cladding layer 102 and the like of the substrate 101 are arranged).
  • the N-side electrode 113 is, for example, a single layer film or a multilayer film made of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt and Au.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device 100 has an effective refractive index difference ⁇ N between the portion below the ridge 109R and the portion below the groove 109T. Thereby, the light generated in the portion of the active layer 105 below the ridge 109R can be confined in the horizontal direction (that is, in the X-axis direction).
  • FIG. 3 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack 100S according to the present embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 3 represents the position in the stacking direction, and the right side of the horizontal axis corresponds to the upper side of the semiconductor stack 100S. Note that the contact layer 110 is omitted in FIG.
  • the bandgap energy of the well layer emitting ultraviolet light is greater than the bandgap energy of the well layer emitting visible light. Therefore, it is necessary to increase the bandgap energy of the barrier layer.
  • a GaN substrate, a barrier layer made of AlGaInN, and a clad layer made of AlGaN are used as a nitride-based semiconductor light-emitting device, it is necessary to increase the Al composition ratio in order to increase the bandgap energy of the barrier layer. be.
  • the refractive index of the barrier layer becomes smaller, so it is necessary to increase the Al composition ratio of the clad layer in order to make the refractive index of the clad layer smaller than that of the barrier layer.
  • the second N-side guide layer 104 and the first P-side guide layer 106 are made of AlGaInN.
  • the tensile strain on the substrate 101 can be reduced while maintaining the same bandgap energy and refractive index. Therefore, the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 that can reduce the tensile strain of the semiconductor laminate 100S with respect to the substrate 101 can be realized. This can suppress the deterioration of the crystallinity of the semiconductor stacked body 100S and the occurrence of cracks in the semiconductor stacked body 100S.
  • the piezoelectric field from the active layer 105 to the electron barrier layer 107 can be reduced. Since this piezoelectric field can act as a barrier against holes, hole injection efficiency can be increased by reducing the piezoelectric field.
  • the piezoelectric field can be reduced while ensuring the optical confinement coefficient.
  • the bandgap energy of the second P-side guide layer 108 located on the electron barrier layer 107 is made larger than the bandgap energy of the first P-side guide layer 106, so that the second P-side
  • the refractive index of the guide layer 108 can be made smaller than the refractive index of the first P-side guide layer 106 .
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the center of the active layer 105 in the stacking direction. That is, the light confinement coefficient of the nitride-based semiconductor light emitting device 100 can be increased.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the bandgap energy in the AlxGa1 -xyInyN layer and the bandgap energy in the AlzGa1 -zN layer.
  • the horizontal axis indicates the In composition ratio y in the Al x Ga 1-x-y In y N layer
  • the vertical axis indicates the Al composition ratio x in the Al x Ga 1-x-y In y N layer. show.
  • FIG. 4 shows the relationship between the In composition ratio y and the Al composition ratio x for obtaining the same bandgap energy as the AlzGa1 -zN layer in the AlxGa1 - xyInyN layer.
  • the Al composition ratio z of the Al z Ga 1-z N layer is 0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, and 0.40 are shown.
  • the relationship between the In composition ratio y and the Al composition ratio x for equalizing the lattice constant of the Al x Ga 1-xy In y N layer and the lattice constant of the GaN layer is indicated by a dashed line.
  • the lattice constant of the Al x Ga 1-xy In y N layer is larger than that of the GaN layer.
  • 0.311 nm, 0.3182 nm, and 0.354 nm are used as the lattice constants of AlN, GaN, and InN, respectively.
  • the AlGaN layer can be replaced with an AlGaInN layer without changing the bandgap energy.
  • the barrier layers 105a and 105c are made of AlGaInN.
  • the tensile strain in the barrier layers 105a and 105c with respect to the substrate 101 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the tensile strain of the semiconductor laminate 100S with respect to the substrate 101, increase the internal quantum efficiency, and reduce the long wavelength shift of the oscillation wavelength.
  • the barrier layer 105a located below the well layer 105b contains In, the crystallinity of the well layer 105b laminated thereon can be improved.
  • the ratio (y/x) of the In composition ratio to the Al composition ratio is smaller in the barrier layer 105 a than in the second N-side guide layer 104 .
  • the second N-side guide layer 104 has a smaller bandgap energy and a higher refractive index than the barrier layer 105a.
  • the quantum effect in the quantum well structure can be enhanced.
  • the second N-side guide layer 104 having a high refractive index adjacent to the active layer 105 the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the center of the active layer 105 in the stacking direction. That is, the light confinement coefficient of the nitride-based semiconductor light emitting device 100 can be increased.
  • the ratio (y/x) of the In composition ratio to the Al composition ratio is smaller in the barrier layer 105 c than in the first P-side guide layer 106 .
  • the first P-side guide layer 106 has a lower bandgap energy and a higher refractive index than the barrier layer 105c.
  • the quantum effect in the quantum well structure can be enhanced.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the center of the active layer 105 in the stacking direction. That is, the light confinement coefficient of the nitride-based semiconductor light emitting device 100 can be increased.
  • the second N-side guide layer 104 made of AlGaInN is arranged below the well layer 105b, the In composition ratio of the well layer 105b is likely to fluctuate. As a result, carriers are localized in the well layer 105b, thereby improving light emission efficiency.
  • the first P-side guide layer 106 is an undoped layer, so diffusion of Mg into the active layer 105 can be suppressed. Furthermore, since the first P-side guide layer 106 is made of AlGaInN, diffusion of Mg from the electron barrier layer 107 having a high Mg concentration to the active layer 105 can be suppressed. Therefore, light absorption loss due to Mg in the active layer 105 and its vicinity can be reduced. As a result, it is possible to suppress an increase in the threshold current of laser oscillation and a decrease in light emission efficiency in the nitride-based semiconductor light emitting device 100 .
  • the diffusion of hydrogen accompanying the diffusion of Mg can be suppressed, so the reliability of the nitride-based semiconductor light emitting device 100 can be enhanced.
  • the second N-side guide layer 104 and the first P-side guide layer 106 which are optical guide layers, are made of AlGaInN, even if the thickness of the optical guide layers is increased, It becomes possible to reduce the tensile strain of the semiconductor laminate 100S.
  • the refractive indices of the second N-side guide layer 104 and the first P-side guide layer 106, which are optical guide layers are lowered, the tensile strain of the semiconductor laminate 100S with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 has the first N-side guide layer 103 and the second P-side guide layer 108.
  • the second N-side guide layer 104 and the first P-side guide layer 106 are made of AlGaInN, so the tensile strain of the semiconductor laminate 100S with respect to the substrate 101 is reduced. It becomes possible.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device 100 includes the electron barrier layer 107 between the first P-side guide layer 106 and the second P-side guide layer 108, so that the electron barrier layer 107 is Electrons can be confined in a narrower region near the active layer 105 than when arranged above the second P-side guide layer 108 . Further, the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the present embodiment includes the second P-side guide layer 108 arranged above the electron barrier layer 107, so that when the second P-side guide layer 108 is not provided, Thus, the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the center of the active layer 105 in the stacking direction.
  • the semiconductor multilayer body 100S, the current blocking layer 111, and the P-side electrode 112 are sequentially formed on the substrate 101, and the semiconductor multilayer body 100S of the substrate 101 is formed. It is manufactured by forming the N-side electrode 113 on the main surface on the back side of the main surface.
  • the semiconductor laminate 100S is laminated on the substrate 101 using an epitaxial growth technique based on the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • each layer made of AlGaN (N-type clad layer 102, first N-side guide layer 103, electron barrier layer 107, second P-side guide layer 108, P-type clad layer 109 , and the contact layer 110) are crystal-grown at, for example, 1150.degree.
  • each layer containing In (second N-side guide layer 104, active layer 105, and first P-side guide layer 106) is crystal-grown at 850° C., for example.
  • each layer containing In is crystal-grown at a lower growth rate than each layer made of AlGaN. Also in the semiconductor laminates according to the following embodiments, each layer made of AlGaN is crystal-grown at 1150.degree. C., and each layer containing In is crystal-grown at 850.degree.
  • the P-type cladding layer 109 and the like of the semiconductor laminate 100S are appropriately patterned using photolithography, etching, and the like.
  • the current blocking layer 111 is formed using, for example, plasma CVD, and is appropriately patterned using photolithography, etching, and the like.
  • the P-side electrode 112 and N-side electrode 113 are formed using a photolithography technique and a vapor deposition method.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device 100 according to the present embodiment can be manufactured by the manufacturing method as described above.
  • FIG. 5 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112. and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 203, a second N-side guide layer 104, an active layer 105, and a second It has one P-side guide layer 106, an electron barrier layer 107, a second P-side guide layer 108, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the first N-side guide layer 203 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the N-type cladding layer 102 and the active layer 105, and is made of AlGaInN. That is, the first N-side guide layer 203 is an example of the first semiconductor layer and an example of the N-side semiconductor layer. The first N-side guide layer 203 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the N-type clad layer 102 . Also, the first N-side guide layer 203 is an N-type nitride semiconductor layer. The average bandgap energy of the first N-side guide layer 203 is greater than the average bandgap energy of the second P-side guide layer 108 .
  • the first N-side guide layer 203 is arranged between the N-type cladding layer 102 and the second N-side guide layer 104, and is a film doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.06 Ga 0.93 In 0.01 N layer with a thickness of 70 nm.
  • the first N-side guide layer 203 is made of AlGaInN, so that the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be further reduced.
  • the semiconductor laminate according to the present embodiment is laminated on the substrate 101 using epitaxial growth technology by the MOCVD method in the same manner as the semiconductor laminate 100S according to the first embodiment.
  • each layer made of AlGaN (the N-type cladding layer 102, the electron barrier layer 107, the second P-side guide layer 108, the P-type cladding layer 109, and the contact layer 110) is For example, the crystal is grown at 1150°C.
  • each layer containing In (the first N-side guide layer 203, the second N-side guide layer 104, the active layer 105, and the first P-side guide layer 106) has a temperature lower than that of each layer made of AlGaN, for example, at 850°C.
  • the crystal is grown at the growth rate.
  • FIG. 6 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride semiconductor light emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112. and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to the present embodiment includes a first N-type clad layer 302a, a second N-type clad layer 302b, a third N-type clad layer 302c, and a first N-side clad layer 302a.
  • the active layer 305 has two barrier layers 105a and 105c and a well layer 305b.
  • the first N-type clad layer 302a is arranged above the substrate 101 and is an example of the first clad layer made of AlGaN, and is also an example of the N-type clad layer.
  • the conductivity type of the first N-type cladding layer 302a is N-type.
  • the first N-type cladding layer 302a has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 305 .
  • the first N-type cladding layer 302a is disposed between the substrate 101 and the second N-type cladding layer 302b, and is doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 and has a thickness of 350 nm. It is an N-type Al 0.065 Ga 0.935 N layer.
  • the second N-type cladding layer 302b is arranged between the first N-type cladding layer 302a and the active layer 305, and is an example of a first semiconductor layer made of AlGaInN and an example of an N-side semiconductor layer.
  • the second N-type clad layer 302b is an N-type clad layer.
  • the average bandgap energy of the second N-type cladding layer 302b is smaller than the average bandgap energy of the first N-type cladding layer 302a and the bandgap energy of the barrier layer 105a.
  • the Al composition ratio of the second N-type clad layer 302b is higher than the Al composition ratio of the first N-type clad layer 302a.
  • the second N-type cladding layer 302b is located between the first N-type cladding layer 302a and the third N-type cladding layer 302c and is doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.17 Ga 0.78 In 0.05 N layer with a thickness of 100 nm.
  • the third N-type clad layer 302c is arranged above the substrate 101 and is an example of a first clad layer made of AlGaN and an example of an N-type clad layer.
  • the third N-type cladding layer 302c has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 305.
  • FIG. In this embodiment, the third N-type cladding layer 302c is arranged between the second N-type cladding layer 302b and the first N-side guide layer 303, and is doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.065 Ga 0.935 N layer with a thickness of 350 nm.
  • the first N-side guide layer 303 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the first N-type cladding layer 302a and the active layer 305, and is made of AlGaInN. That is, the first N-side guide layer 303 is an example of the first semiconductor layer as well as an example of the N-side semiconductor layer.
  • the first N-side guide layer 303 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the first N-type cladding layer 302a. Also, the first N-side guide layer 303 is an N-type nitride semiconductor layer.
  • the first N-side guide layer 303 is arranged between the third N-type cladding layer 302c and the second N-side guide layer 304, and is doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.159 Ga 0.791 In 0.05 N layer with a thickness of 70 nm.
  • the second N-side guide layer 304 is arranged above the first N-type cladding layer 302a and is an example of an N-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the second N-side guide layer 304 is arranged between the first N-type cladding layer 302a and the active layer 305, and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN.
  • the second N-side guide layer 304 is an optical guide layer.
  • the average bandgap energy of the second N-side guide layer 304 is smaller than the average bandgap energy of the first N-type cladding layer 302a.
  • the second N-side guide layer 304 is an undoped AlGaInN layer.
  • the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the first N-side guide layer 303 are equal to the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the second N-side guide layer 304, respectively.
  • the second N-side guide layer 304 is composed of undoped Al 0.159 Ga 0.791 In 0.05 with a thickness of 70 nm, which is arranged between the first N-side guide layer 303 and the active layer 305 . N layer.
  • the well layer 305b is a nitride-based semiconductor layer arranged above the barrier layer 105a and functioning as a well of a quantum well structure.
  • the well layer 305b is an undoped Al 0.02 Ga 0.96 In 0.02 N layer with a thickness of 17.5 nm.
  • the first P-side guide layer 306 is arranged above the active layer 305 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 306 is arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 305, and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN.
  • the first P-side guide layer 306 is a light guide layer.
  • the average bandgap energy of the first P-side guide layer 306 is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 109 .
  • the first P-side guide layer 306 is an undoped AlGaInN layer.
  • the first P-side guide layer 306 is an undoped Al 0.159 Ga 0.791 In 0.05 N layer with a thickness of 72 nm disposed between the active layer 305 and the electron barrier layer 107. be.
  • the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the second N-side guide layer 304 are equal to the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the first P-side guide layer 306, respectively.
  • the average bandgap energy of the first P-side guide layer 306 is equal to the average bandgap energy of the second P-side guide layer 108 .
  • the first N-side guide layer 303 is made of AlGaInN, so that the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be further reduced.
  • the N-type cladding layer is made of AlGaInN, the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be further reduced.
  • the second N-type cladding layer 302b made of AlGaInN is crystal-grown at 850.degree. Therefore, for example, the crystal growth takes longer than in the semiconductor stacked body 100S according to the first embodiment.
  • only the second N-type cladding layer 302b, which is a part of the cladding layer is made of AlGaInN instead of the entire cladding layer.
  • the Al composition ratio of the first semiconductor layer is higher than the Al composition ratio of the first N-type clad layer 302a and the P-type clad layer 109, so the In composition ratio of the first semiconductor layer can be increased. Therefore, the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the second N-type cladding layer 302b, the first N-side guide layer 303, the second N-side guide layer 304, and the first P-side guide layer 306, which are each an example of the first semiconductor layer, are provided. has a compressive strain with respect to the substrate 101 .
  • the second N-type cladding layer 302b, the first N-side guide layer 303, and the second N-side guide layer 304, which are examples of the N-side semiconductor layers, and the first N-type cladding layer 302b, which are examples of the P-side semiconductor layers, are examples of the P-side semiconductor layers.
  • the lattice constant of AlGaInN included in the P-side guide layer 306 is larger than the lattice constant of GaN included in the substrate 101 .
  • the bandgap energy of the first semiconductor layer is greater than the bandgap energy of GaN forming the substrate 101 .
  • other layers of the semiconductor laminate have tensile strain with respect to the substrate 101 . Therefore, since each layer has a compressive strain, the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be further reduced, and the absorption of light generated in the active layer 305 can be suppressed.
  • the Al composition ratio of the first semiconductor layer is higher than the Al composition ratio of the barrier layers 105a and 105c, the In composition ratio of the first semiconductor layer can be increased. Therefore, the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the first P-side guide layer 306 arranged between the electron barrier layer 107 and the active layer 305 has compressive strain, a piezoelectric field can be formed from the electron barrier layer 107 to the active layer 305 . Thereby, the efficiency of injecting holes into the active layer 305 can be improved.
  • the second N-type cladding layer 302b, the first N-side guide layer 303, the second N-side guide layer 304, and the first P-side guide layer 306, which are each an example of the first semiconductor layer, are provided. are higher than those of the barrier layers 105a and 105c.
  • the Al composition ratios of the second N-type cladding layer 302b, the first N-side guide layer 303, the second N-side guide layer 304, and the first P-side guide layer 306, each of which is an example of the first semiconductor layer are , the Al composition ratio of the barrier layers 105a and 105c or less. Thereby, the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the well layer 305b is made of AlGaInN, fluctuations in the In composition ratio in the well layer 305b cause localization of carriers and improve luminous efficiency.
  • the piezoelectric field can be reduced by reducing the compressive strain, so it is possible to increase the internal quantum efficiency and reduce the long wavelength shift of the oscillation wavelength.
  • FIG. 7 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the third embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes a first N-type clad layer 302a, a second N-type clad layer 302b, a third N-type clad layer 302c, and a first N-side clad layer 302a.
  • a guide layer 303 a guide layer 303, a second N-side guide layer 304, an active layer 305, a first P-side guide layer 406, an electron barrier layer 107, a second P-side guide layer 108, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the first P-side guide layer 406 is arranged above the active layer 305 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 406 is arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 305, and is also an example of a first semiconductor layer made of AlGaInN.
  • the first P-side guide layer 406 is an undoped Al 0.18 Ga 0.76 In 0.06 N layer with a thickness of 72 nm disposed between the active layer 305 and the electron barrier layer 107. be.
  • the bandgap energy of the first P-side guide layer 406 is smaller than the bandgap energies of the first N-side guide layer 303 and the second N-side guide layer 304 . Also, the In composition ratio of the first P-side guide layer 406 is higher than the In composition ratios of the first N-side guide layer 303 and the second N-side guide layer 304 .
  • the compressive strain of the first P-side guide layer 406 becomes larger than the compressive strain of the first N-side guide layer 303 and the second N-side guide layer 304 . Accordingly, the piezoelectric field from the electron barrier layer 107 to the active layer 305 becomes larger than the piezoelectric field from the active layer 305 to the N-type clad layers such as the first N-type clad layer 302a. Therefore, the efficiency of injecting holes into the active layer 305 can be improved. Since holes have a larger effective mass than electrons, holes generally tend to have lower injection efficiency than electrons.
  • the piezoelectric field from the electron barrier layer 107 to the active layer 305 is applied to the active layer
  • the piezoelectric field from 305 to the N-type cladding layers, such as the first N-type cladding layer 302a, can be greater than the piezoelectric field. Therefore, the injection efficiency of holes, which tends to be lower than that of electrons, can be increased.
  • FIG. 8 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. , and an N-side electrode 113 . As shown in FIG.
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 103, a second N-side guide layer 104, an active layer 105, and a second It has one P-side guide layer 106, a third P-side guide layer 506, an electron barrier layer 107, a second P-side guide layer 108, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A). .
  • the semiconductor laminated body according to the present embodiment differs from the semiconductor laminated body 100S according to the first embodiment in that the third P-side guide layer 506 is provided.
  • the third P-side guide layer 506 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 105, and is made of a nitride-based semiconductor.
  • the third P-side guide layer 506 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the P-type cladding layer 109 .
  • the average bandgap energy of the third P-side guide layer 506 is greater than or equal to the average bandgap energy of the first P-side guide layer 106 .
  • the third P-side guide layer 506 contains Al.
  • the third P-side guide layer 506 is a P-type nitride semiconductor layer.
  • the third P-side guide layer 506 is disposed between the first P-side guide layer 106 and the electron barrier layer 107, and is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 to a thickness of It is a 70 nm P-type Al 0.03 Ga 0.97 N layer.
  • the refractive index and average bandgap energy of the third P-side guide layer 506 are equal to the refractive index and average bandgap energy of the second P-side guide layer 108, respectively.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device having such a configuration also has the same effect as the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 103, a second N-side guide layer 104, an active layer 105, and a second It has one P-side guide layer 606, an electron barrier layer 107, a second P-side guide layer 108, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the semiconductor laminate according to the present embodiment is similar to that of Embodiment 1 in that the Al composition ratio of the first P-side guide layer 606 includes an Al composition gradient region in which the Al composition ratio increases monotonously as the distance from the active layer 105 increases. It is different from the semiconductor laminate 100S.
  • the first P-side guide layer 606 is arranged above the active layer 105 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 606 is arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 105, and is also an example of a first semiconductor layer made of AlGaInN.
  • the average bandgap energy of the first P-side guide layer 606 is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 109 .
  • the first P-side guide layer 606 is an undoped AlGaInN layer with a thickness of 72 nm.
  • the Al composition ratio of the first P-side guide layer 606 is represented by Xpg1.
  • the Al composition ratios Xpg1 near and far from the active layer 105 of the first P-side guide layer 606 are 5.0% and 5.6%, respectively.
  • the In composition ratio in the first P-side guide layer 606 is 1.0% and is uniform within the layer. That is, the composition of the first P-side guide layer 606 is Al 0.05 Ga 0.94 In 0.01 N at the interface closer to the active layer 105 and Al 0.056Ga0.934In0.01N .
  • the first P-side guide layer 606 has the same bandgap energy as the second N-side guide layer 104 at the interface closer to the active layer 105, and the second P-side guide layer 606 at the interface farther from the active layer 105. It has the same bandgap energy as layer 108 .
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device having such a configuration also has the same effect as the nitride-based semiconductor light-emitting device 100 according to the first embodiment.
  • the refractive index can be increased with distance from the active layer 105 . Therefore, since the refractive index of the region near the active layer 105 in the first P-side guide layer 606 can be increased, the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be brought closer to the center of the active layer 105 in the stacking direction. This can increase the optical confinement factor.
  • the entire first P-side guide layer 606 is the Al composition gradient region. It can be a region.
  • FIG. 10 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 703, a second N-side guide layer 104, an active layer 305, and a It has one P-side guide layer 706, an electron barrier layer 107, a second P-side guide layer 108, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the configuration of the active layer 305 according to this embodiment is the same as the configuration of the active layer 305 according to the third embodiment.
  • the first N-side guide layer 703 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the N-type cladding layer 102 and the active layer 305, and is made of AlGaInN. That is, the first N-side guide layer 703 is an example of the first semiconductor layer as well as an example of the N-side semiconductor layer. The first N-side guide layer 703 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the N-type clad layer 102 . Also, the first N-side guide layer 703 is an N-type nitride semiconductor layer.
  • the first N-side guide layer 703 is arranged between the N-type cladding layer 102 and the second N-side guide layer 104, and is a film doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.05 Ga 0.94 In 0.01 N layer with a thickness of 70 nm.
  • the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the first N-side guide layer 703 are equal to the average bandgap energy, Al composition ratio, and In composition ratio of the second N-side guide layer 104, respectively.
  • the first P - side guide layer 706 is undoped Al0.154Ga0.796In0.05N .
  • the average bandgap energy of each of the first N-side guide layer 703 and the second N-side guide layer 104 is equal to the average bandgap energy of the first P-side guide layer 706 .
  • the average bandgap energy of each of the first N-side guide layer 703 , the second N-side guide layer 104 , and the first P-side guide layer 706 is smaller than the average bandgap energy of the second P-side guide layer 108 .
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device has the above configuration, so that the barrier layer 105a to the first P-side guide layer 706 have compressive strain with respect to the substrate 101.
  • layer has a tensile strain.
  • the first P-side guide layer 706 has compressive strain with respect to the substrate 101, whereby a piezoelectric field can be formed from the electron barrier layer 107 toward the active layer 305, thereby increasing hole injection efficiency.
  • FIG. 11 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the sixth embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 103, a second N-side guide layer 104, an active layer 305, and a It has one P-side guide layer 806, an electron barrier layer 107, a second P-side guide layer 108, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the configuration of the active layer 305 according to this embodiment is the same as the configuration of the active layer 305 according to the third embodiment.
  • the first P-side guide layer 806 is arranged above the active layer 305 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 806 is arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 305 and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN.
  • the average bandgap energy of the first P-side guide layer 806 is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 109 .
  • the first P-side guide layer 806 is an undoped AlGaInN layer with a thickness of 72 nm.
  • the first P-side guide layer 806 includes a compositionally graded region whose composition changes with increasing distance from the active layer 305 .
  • the Al composition ratio and In composition ratio of the first P-side guide layer 806 are represented by Xpg1 and Ypg1, respectively.
  • the Al composition ratios Xpg1 near and far from the active layer 305 of the first P-side guide layer 806 are 15.4% and 5.6%, respectively.
  • the In composition ratios Ypg1 near and far from the active layer 305 of the first P-side guide layer 806 are 5.0% and 1.0%, respectively. That is, the composition of the first P-side guide layer 806 is Al 0.154 Ga 0.796 In 0.05 N at the interface closer to the active layer 305 and Al 0.056Ga0.934In0.01N . _
  • Such a first P-side guide layer 806 has compressive strain near the interface with the active layer 305 and tensile strain near the interface with the electron barrier layer 107 .
  • the entire first P-side guide layer 806 is the compositionally graded region. There may be.
  • FIG. 12 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 103, an active layer 905, a first P-side guide layer 906, an electron It has a barrier layer 907, a second P-side guide layer 908, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the first N-side guide layer 103 according to the present embodiment is an Al 0.03 GaN 0.97 layer like the first N-side guide layer 103 according to the first embodiment, but the film thickness and the impurity concentration is different.
  • the first N-side guide layer 103 according to this embodiment is an undoped Al 0.03 GaN 0.97 layer with a thickness of 140 nm.
  • the active layer 905 is arranged above the first N-side guide layer 103 and contacts the first N-side guide layer 103 .
  • the active layer 905 has two barrier layers 905a and 905c and a well layer 105b.
  • the well layer 105b is an undoped Ga 0.99 In 0.01 N layer with a thickness of 17.5 nm.
  • Each of the barrier layers 905a and 905c is a nitride-based semiconductor layer arranged above the first N-side guide layer 103 and functioning as a barrier for the quantum well structure.
  • Barrier layer 905c is disposed above barrier layer 905a.
  • the bandgap energy of each of the barrier layers 905a and 905c is equal to the bandgap energy of the well layer 105b, the average bandgap energy of the first P-side guide layer 906, and the average bandgap energy of the first N-side guide layer 103. It is greater than the average bandgap energy and less than the average bandgap energy of electron barrier layer 907 .
  • Each of the barrier layers 905a and 905c is an undoped Al 0.04 Ga 0.96 N layer with a thickness of 10 nm.
  • the first P-side guide layer 906 is arranged above the active layer 905 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 906 is arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 905, and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN. That is, in the nitride-based semiconductor light emitting device 100, the first P-side guide layer 103 (that is, N-side semiconductor layer) and the first P-side guide layer 906 (that is, P-side semiconductor layer) Only the guide layer 906 consists of AlGaInN.
  • the first P-side guide layer 906 is a light guide layer.
  • the average bandgap energy of the first P-side guide layer 906 is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 109 .
  • the first P-side guide layer 906 is an undoped AlGaInN layer.
  • the first P-side guide layer 906 is an undoped Al 0.04 Ga 0.9516 In 0.0084 N layer with a thickness of 72 nm.
  • the electron barrier layer 907 is a nitride semiconductor layer arranged between the first P-side guide layer 906 and the P-type cladding layer 109 .
  • the bandgap energy of electron barrier layer 907 is greater than the bandgap energy of barrier layer 905c. This can suppress leakage of electrons from the active layer 905 to the P-type cladding layer 109 .
  • the bandgap energy of electron barrier layer 907 is greater than the bandgap energy of P-type cladding layer 109 .
  • the electron barrier layer 907 is a 5 nm thick P-type Al 0.36 Ga 0.64 N layer doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the second P-side guide layer 908 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the P-type cladding layer 109 and the active layer 905, and is made of a nitride-based semiconductor.
  • the second P-side guide layer 908 is also an example of a second guide layer arranged between the electron barrier layer 907 and the P-type cladding layer 109 .
  • the second P-side guide layer 908 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the P-type cladding layer 109 .
  • the average bandgap energy of the second P-side guide layer 908 is greater than or equal to the average bandgap energy of the first P-side guide layer 906 .
  • the second P-side guide layer 908 contains Al.
  • the second P-side guide layer 908 is a P-type nitride semiconductor layer.
  • the second P-side guide layer 908 is disposed between the electron barrier layer 907 and the P-type cladding layer 109, and is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and has a thickness of 148 nm. It is a P-type Al 0.04 Ga 0.96 N layer.
  • the average bandgap energy of the second P-side guide layer 908 is equal to the average bandgap energy of each of the barrier layers 905a and 905c.
  • the first P-side guide layer 906 of the first N-side guide layer 103 and the first P-side guide layer 906 is made of AlGaInN
  • Tensile strain of the semiconductor laminate can be reduced.
  • the first N-side guide layer 103 and the first P-side guide layer 906 only the first N-side guide layer 103 may be made of AlGaInN.
  • the first P-side guide layer 906 is also made of AlGaInN, so the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the barrier layers 905a and 905c may be made of AlGaN.
  • the first P-side guide layer 906 is also made of AlGaInN, so the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the first P-side guide layer 906 is made of AlGaInN
  • the first N-side guide layer 103 is made of AlGaN.
  • the In composition ratio of the first P-side guide layer 906 is higher than the In composition ratio of the first N-side guide layer 103 .
  • the tensile strain of the first P-side guide layer 906 with respect to the substrate 101 is smaller than the tensile strain of the first N-side guide layer 103 .
  • the piezoelectric field from active layer 905 to electron barrier layer 907 is smaller than the piezoelectric field from N-type cladding layer 102 to active layer 905 . Therefore, as in the fourth embodiment, the injection efficiency of holes, which tends to be lower than that of electrons, can be increased.
  • FIG. 13 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 1002, a first N-side guide layer 1003, an active layer 1005, a first P-side guide layer 1006, an electron It has a barrier layer 907, a second P-side guide layer 1008, a P-type cladding layer 1009, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the N-type clad layer 1002 is an example of a first clad layer arranged above the substrate 101 and made of AlGaN.
  • the conductivity type of the N-type cladding layer 1002 is N-type.
  • the N-type cladding layer 1002 has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 1005 .
  • the N-type cladding layer 1002 is an N-type Al 0.10 Ga 0.90 N layer with a thickness of 800 nm doped with Si at a concentration of 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the first N-side guide layer 1003 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the N-type cladding layer 1002 and the active layer 1005, and is made of a nitride semiconductor.
  • the first N-side guide layer 1003 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the N-type cladding layer 1002 .
  • the first N-side guide layer 1003 contains Al.
  • the first N-side guide layer 1003 is an undoped nitride-based semiconductor layer.
  • the first N-side guide layer 1003 is an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N layer with a thickness of 70 nm arranged between the N-type cladding layer 1002 and the active layer 1005 .
  • the active layer 1005 has a well layer 105b and two barrier layers 1005a and 1005c.
  • Each of the barrier layers 1005a and 1005c is a nitride-based semiconductor layer arranged above the first N-side guide layer 1003 and functioning as a barrier for the quantum well structure.
  • Barrier layer 1005c is disposed above barrier layer 1005a.
  • the bandgap energy of each of the barrier layers 1005a and 1005c is equal to the bandgap energy of the well layer 105b, the average bandgap energy of the first P-side guide layer 1006, and the average bandgap energy of the first N-side guide layer 1003. It is greater than the average bandgap energy and less than the average bandgap energy of electron barrier layer 907 .
  • Each of the barrier layers 1005a and 1005c is an undoped Al 0.07 Ga 0.93 N layer with a thickness of 10 nm.
  • the first P-side guide layer 1006 is arranged above the active layer 1005 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor. In this embodiment, the first P-side guide layer 1006 is arranged between the P-type cladding layer 1009 and the active layer 1005, and is also an example of the first semiconductor layer made of AlGaInN. In this embodiment, the first P-side guide layer 1006 is a light guide layer. The average bandgap energy of the first P-side guide layer 1006 is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 1009 .
  • the first P-side guide layer 1006 is an undoped AlGaInN layer. In this embodiment, the first P-side guide layer 1006 is an undoped Al 0.07 Ga 0.917 In 0.013 N layer with a thickness of 72 nm.
  • the second P-side guide layer 1008 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the P-type cladding layer 1009 and the active layer 1005, and is made of a nitride semiconductor.
  • the second P-side guide layer 1008 is also an example of a second guide layer arranged between the electron barrier layer 907 and the P-type cladding layer 1009 .
  • the second P-side guide layer 1008 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the P-type cladding layer 1009 .
  • the average bandgap energy of the second P-side guide layer 1008 is greater than or equal to the average bandgap energy of the first P-side guide layer 1006 .
  • the second P-side guide layer 1008 contains Al.
  • the second P-side guide layer 1008 is a P-type nitride semiconductor layer.
  • the second P-side guide layer 1008 is disposed between the electron barrier layer 907 and the P-type cladding layer 1009, and is doped with Mg at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and has a thickness of 148 nm. It is a P-type Al 0.06 Ga 0.94 N layer.
  • the P-type clad layer 1009 is an example of a first clad layer arranged above the substrate 101 and made of AlGaN.
  • the conductivity type of the P-type cladding layer 1009 is P-type.
  • the P-type cladding layer 1009 is arranged above the first P-side guide layer 1006 .
  • the P-type cladding layer 1009 has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 1005 .
  • the average bandgap energy of the P-type cladding layer 1009 is smaller than the average bandgap energy of the electron barrier layer 907 .
  • the P-type clad layer 1009 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end portion of the P-type cladding layer 1009 closer to the active layer 1005 is lower than the impurity concentration at the end portion farther from the active layer 1005 .
  • the P-type cladding layer 1009 is an AlGaN layer with a thickness of 450 nm, and a P-type cladding layer with a thickness of 150 nm doped with Mg at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 located on the side closer to the active layer 1005 .
  • the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 is provided with the first P-side guide layer 1006 made of AlGaInN. Tensile strain of the laminate can be reduced.
  • FIG. 14 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 102, a first N-side guide layer 103, an active layer 1105, a first P-side guide layer 906, an electron It has a barrier layer 907, a second P-side guide layer 908, a P-type cladding layer 109, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the active layer 1105 has a well layer 305b and two barrier layers 1105a and 1105c.
  • the well layer 305b is an undoped Al 0.02 Ga 0.96 In 0.02 N layer with a thickness of 17.5 nm.
  • Each of the barrier layers 1105a and 1105c is a nitride-based semiconductor layer arranged above the first N-side guide layer 103 and functioning as a barrier for the quantum well structure.
  • Barrier layer 1105c is disposed above barrier layer 1105a.
  • the bandgap energy of each of the barrier layers 1105a and 1105c is equal to the bandgap energy of the well layer 305b, the average bandgap energy of the first P-side guide layer 906, and the average bandgap energy of the first N-side guide layer 103. It is greater than the average bandgap energy and less than the average bandgap energy of electron barrier layer 907 .
  • Each of the barrier layers 1105a and 1105c is an undoped Al 0.07 Ga 0.92 In 0.02 N layer with a thickness of 10 nm.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment also has the same effect as the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the ninth embodiment.
  • each layer of the active layer 1105 is made of AlGaInN, so that the Al composition ratio of the first P-side guide layer 906, which is an example of the first semiconductor layer, is the same as that of the barrier layer. It can be made lower than the Al composition ratio of 1105a and 1105c. Thereby, the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be further reduced.
  • FIG. 15 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 1202, a first N-side guide layer 1203, a second N-side guide layer 1204, an active layer 1205, and a It has one P-side guide layer 1206, an electron barrier layer 1207, a second P-side guide layer 1208, a P-type cladding layer 1209, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the N-type clad layer 1202 is an example of a first clad layer arranged above the substrate 101 and made of AlGaN.
  • the conductivity type of the N-type cladding layer 1202 is N-type.
  • the N-type cladding layer 1202 has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 1205 .
  • the N-type cladding layer 1202 is an N-type Al 0.065 Ga 0.935 N layer with a thickness of 900 nm doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the first N-side guide layer 1203 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the N-type cladding layer 1202 and the active layer 1205, and is made of a nitride semiconductor.
  • the first N-side guide layer 1203 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the N-type cladding layer 1202 .
  • the first N-side guide layer 1203 contains Al.
  • the first N-side guide layer 1203 is arranged between the N-type cladding layer 1202 and the second N-side guide layer 1204, and is a film doped with Si at a concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 . It is an N-type Al 0.03 Ga 0.97 N layer with a thickness of 127 nm.
  • the second N-side guide layer 1204 is arranged above the N-type cladding layer 1202 and is an example of an N-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the second N-side guide layer 1204 is a semiconductor layer made of AlGaN, arranged between the N-type cladding layer 1202 and the active layer 1205 .
  • the second N-side guide layer 1204 is an optical guide layer.
  • the average bandgap energy of the second N-side guide layer 1204 is smaller than the average bandgap energy of the N-type cladding layer 1202 .
  • the second N-side guide layer 1204 is an undoped AlGaN layer.
  • the average bandgap energy and Al composition ratio of the first N-side guide layer 1203 are equal to the average bandgap energy and Al composition ratio of the second N-side guide layer 1204, respectively.
  • the second N-side guide layer 1204 is an undoped Al 0.03 Ga 0.97 N layer with a thickness of 80 nm arranged between the first N-side guide layer 1203 and the active layer 1205. .
  • the active layer 1205 has a well layer 1205b and two barrier layers 1205a and 1205c.
  • the structure of the well layer 1205b is determined so that the peak wavelength of photoluminescence from the nitride-based semiconductor light emitting device is 366 nm.
  • the well layer 1205b is an undoped Ga 0.99 In 0.01 N layer with a thickness of 17.5 nm.
  • the barrier layer 1205a is a nitride-based semiconductor layer arranged between the first N-side guide layer 1203 and the well layer 1205b and functioning as a barrier for the quantum well structure.
  • the barrier layer 1205c is a nitride-based semiconductor layer arranged between the well layer 1205b and the first P-side guide layer 1206 and functioning as a barrier for the quantum well structure.
  • the bandgap energy of each of the barrier layers 1205a and 1205c is equal to the bandgap energy of the well layer 1205b, the average bandgap energy of the first P-side guide layer 1206, and the average bandgap energy of the first N-side guide layer 1203.
  • the barrier layer 1205a is an undoped Al 0.04 Ga 0.96 N layer with a thickness of 14 nm
  • the barrier layer 1205c is an undoped Al 0.04 Ga 0.96 N layer with a thickness of 12 nm.
  • the first P-side guide layer 1206 is arranged above the active layer 1205 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 1206 includes a lower first P-side guide layer 1206a and an upper first P-side guide layer 1206b.
  • the lower first P-side guide layer 1206a is a layer that is arranged between the P-type cladding layer 1209 and the active layer 1205 and made of AlGaInN.
  • the upper first P-side guide layer 1206b is arranged between the lower first P-side guide layer 1206a and the P-type cladding layer 1209 and is a layer made of AlGaN.
  • the lower first P-side guide layer 1206 a is an example of a first semiconductor layer arranged between the P-type cladding layer 1209 made of AlGaN and the active layer 1205 .
  • the lower first P-side guide layer 1206a is arranged above the active layer 1205 and is also an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 1206 is a light guide layer.
  • the average bandgap energy of each of the lower first P-side guide layer 1206 a and the upper first P-side guide layer 1206 b is smaller than the average bandgap energy of the P-type cladding layer 1209 .
  • the first P-side guide layer 1206 is an undoped Al 0.04 Ga 0.95 In 0.01 N layer with a thickness of 53 nm, which is arranged between the active layer 1205 and the electron barrier layer 1207. and an upper first P-side guide layer 1206b which is an undoped Al 0.04 Ga 0.96 N layer with a thickness of 7 nm.
  • the lower first P-side guide layer 1206 a has compressive strain with respect to the substrate 101 .
  • the Mg concentration of the upper first P-side guide layer 1206b may increase toward the interface.
  • the impurity concentration of the upper first P-side guide layer 1206b may not be uniform.
  • the upper first P-side guide layer 1206b has a lower refractive index and a higher bandgap energy than the lower first P-side guide layer 1206a.
  • the electron barrier layer 1207 is a nitride semiconductor layer arranged between the first P-side guide layer 1206 and the P-type clad layer 1209 .
  • the bandgap energy of electron barrier layer 1207 is greater than the bandgap energy of barrier layer 1205c. This can suppress leakage of electrons from the active layer 1205 to the P-type clad layer 1209 .
  • the bandgap energy of electron barrier layer 1207 is greater than the bandgap energy of P-type cladding layer 1209 .
  • the electron barrier layer 1207 is a 1.6 nm thick P-type Al 0.36 Ga 0.64 N layer doped with Mg at a concentration of 1.5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the second P-side guide layer 1208 is an example of a first guide layer, which is an optical guide layer arranged between the P-type cladding layer 1209 and the active layer 1205, and is made of a nitride semiconductor.
  • the second P-side guide layer 1208 is also an example of a second guide layer arranged between the electron barrier layer 1207 and the P-type clad layer 1209 .
  • the second P-side guide layer 1208 has a higher refractive index and a lower bandgap energy than the P-type cladding layer 1209 .
  • the second P-side guide layer 1208 has a smaller refractive index and a larger bandgap energy than the lower first P-side guide layer 1206a.
  • the second P-side guide layer 1208 has the same refractive index and the same bandgap energy as the second N-side guide layer 1204 .
  • the second P-side guide layer 1208 contains Al.
  • the second P-side guide layer 1208 is a P-type nitride semiconductor layer.
  • the second P-side guide layer 1208 is disposed between the electron barrier layer 1207 and the P-type cladding layer 1209, and is doped with Mg at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and has a thickness of 110 nm. It is a P-type Al 0.03 Ga 0.97 N layer.
  • the P-type clad layer 1209 is an example of a first clad layer arranged above the substrate 101 and made of AlGaN.
  • the conductivity type of the P-type cladding layer 1209 is P-type.
  • the P-type cladding layer 1209 is arranged above the first P-side guide layer 1206 .
  • the P-type cladding layer 1209 has a lower refractive index and a higher average bandgap energy than the active layer 1205 .
  • the average bandgap energy of the P-type cladding layer 1209 is smaller than the average bandgap energy of the electron blocking layer 1207 .
  • the P-type cladding layer 1209 is doped with Mg as an impurity.
  • the impurity concentration at the end portion of the P-type cladding layer 1209 closer to the active layer 1205 is lower than the impurity concentration at the end portion farther from the active layer 1205 .
  • the P-type cladding layer 1209 is an AlGaN layer with a thickness of 450 nm, and is placed on the side closer to the active layer 1205 and is doped with Mg at a concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 with a thickness of 150 nm.
  • the tensile strain of the semiconductor laminate with respect to the substrate 101 can be reduced.
  • the light confinement factor in the active layer 1205 is 5.2%
  • the optical loss (that is, waveguide loss) is 3.8 cm ⁇ 1
  • the effective refractive index is The index difference is 14.0 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the effective refractive index difference means the average refractive index of the region below the ridge (see ridge 109R in FIG. 2A) formed in the P-type cladding layer 1209, where light exists, and the average refractive index of the region below the ridge. It is the difference from the average refractive index of a region other than the region where light exists.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction should be positioned 11.3 nm above the interface between the second N-side guide layer 1204 and the barrier layer 1205a. can be done. As described above, in this embodiment, the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be located near the well layer 1205b of the active layer 1205. FIG.
  • the divergence angle of emitted light in the stacking direction is 44.7 degrees.
  • the divergence angle is a parameter indicating the divergence angle of emitted light, and is determined so that the light intensity at the divergence angle is 1/ e2 of the light intensity on the optical axis.
  • the bandgap energy of the lower first P-side guide layer 1206a made of AlGaInN should be greater than the bandgap energy of GaN and equal to or less than the bandgap energy of the second P-side guide layer 1208 .
  • the refractive index of the lower first P-side guide layer 1206a is reduced to the second P while reducing the waveguide loss due to light absorption with respect to the laser oscillation wavelength. It can be greater than or equal to the refractive index of the side guide layer 1208 .
  • the controllability of the maximum position of the peak intensity of the light distribution in the vertical direction to the position near the well layer can be improved, and low waveguide loss can be obtained while increasing the light confinement factor.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device having good characteristics can be realized.
  • the configuration of the nitride-based semiconductor light-emitting device according to this embodiment is not limited to the configuration example described above.
  • the composition of the lower first P-side guide layer 1206a of the first P-side guide layer 1206 may be different from the configuration example described above. Modification 1, which differs from the above configuration example in the lower first P-side guide layer 1206a, will be described below.
  • the lower first P-side guide layer 1206a is an undoped Al 0.04 Ga 0.945 In 0.015 N layer with a thickness of 53 nm.
  • the lower first P-side guide layer 1206 a has compressive strain with respect to the substrate 101 .
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to Modification 1 also exhibits the same effects as the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment described above.
  • the light confinement factor in the active layer 1205 is 4.8%
  • the light loss is 4.3 cm ⁇ 1
  • the effective refractive index difference is 12.9 ⁇ 10 -3 .
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned 3.5 nm above the interface between the second N-side guide layer 1204 and the barrier layer 1205a. can.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be located near the well layer 1205b of the active layer 1205.
  • the divergence angle of emitted light in the stacking direction is 42.5 degrees.
  • the configuration of the lower first P-side guide layer 1206a is not limited to this.
  • the lower first P-side guide layer 1206a according to Modification 2 may be an undoped Al 0.04 Ga 0.945 In 0.015 N layer with a thickness of 25 nm.
  • the light confinement factor in the active layer 1205 is 4.8%
  • the optical loss is 4.7 cm ⁇ 1
  • the effective refractive index difference is 13.7 cm ⁇ 1 . 9 ⁇ 10 ⁇ 3 .
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned 2.3 nm above the interface between the second N-side guide layer 1204 and the barrier layer 1205a. can.
  • the peak position of the light intensity distribution in the stacking direction can be positioned near the well layer 1205b of the active layer 1205.
  • the divergence angle of emitted light in the stacking direction is 42.4 degrees.
  • a nitride-based semiconductor light-emitting device having excellent characteristics can be realized.
  • FIG. 16 is a graph showing the distribution of the bandgap energy in the stacking direction of the semiconductor stack according to the present embodiment.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device includes a substrate 101, a semiconductor laminate, a current blocking layer 111, and a P-side electrode 112, similarly to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the first embodiment. , and an N-side electrode 113 .
  • the semiconductor laminate according to this embodiment includes an N-type cladding layer 1202, a first N-side guide layer 1203, a second N-side guide layer 1204, an active layer 1205, and a It has one P-side guide layer 1306, an electron barrier layer 1207, a second P-side guide layer 1208, a P-type cladding layer 1209, and a contact layer 110 (see FIG. 2A).
  • the first P-side guide layer 1306 is arranged above the active layer 1205 and is an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 1306 includes a lower first P-side guide layer 1306a and an upper first P-side guide layer 1206b.
  • the lower first P-side guide layer 1306a is arranged between the P-type cladding layer 1209 and the active layer 1205 and is a layer made of AlGaInN.
  • the upper first P-side guide layer 1206b is a layer that is arranged between the lower first P-side guide layer 1306a and the P-type cladding layer 1209 and made of AlGaN.
  • the lower first P-side guide layer 1306 a is an example of a first semiconductor layer arranged between the P-type cladding layer 1209 made of AlGaN and the active layer 1205 .
  • the lower first P-side guide layer 1206a is arranged above the active layer 1205 and is also an example of a P-side semiconductor layer made of a nitride-based semiconductor.
  • the first P-side guide layer 1306 according to this embodiment differs from the first P-side guide layer 1206 according to the twelfth embodiment in the In composition ratio of the lower first P-side guide layer 1306a.
  • the first P-side guide layer 1306 is an undoped Al 0.04 Ga 0.955 In 0.005 N layer with a thickness of 53 nm, which is arranged between the active layer 1205 and the electron barrier layer 1207 . and an upper first P-side guide layer 1206b which is an undoped Al 0.04 Ga 0.96 N layer with a thickness of 7 nm.
  • Lower first P-side guide layer 1306 a has tensile strain with respect to substrate 101 .
  • the lower first P-side guide layer 1306a and the second P-side guide layer 1208 have substantially the same refractive index and the same bandgap energy.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the present embodiment having the configuration as described above also has excellent characteristics similar to the nitride-based semiconductor light-emitting device according to the twelfth embodiment. can be realized.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device is a semiconductor laser device, but the nitride-based semiconductor light-emitting device is not limited to a semiconductor laser device.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device may be a superluminescent diode.
  • the reflectance of the end surface of the semiconductor laminate included in the nitride-based semiconductor light-emitting device with respect to the emitted light from the semiconductor laminate may be 0.1% or less.
  • Such a reflectance can be realized, for example, by forming an antireflection film made of a dielectric multilayer film or the like on the end face.
  • the guided light reflected by the front end face is coupled again with the waveguide to form a guided light component.
  • the P-type clad layer is a layer with a uniform Al composition ratio, but the configuration of the P-type clad layer is not limited to this.
  • the P-type cladding layer may have a superlattice structure in which each of a plurality of AlGaN layers and each of a plurality of GaN layers are alternately laminated.
  • each embodiment has the second P-side guide layer, it may not have the second P-side guide layer.
  • the nitride-based semiconductor light emitting device has both the first N-side guide layer and the first P-side guide layer. It is not necessary to have one P-side guide layer. Alternatively, it may have the first P-side guide layer and not have the first N-side guide layer.
  • the N-type clad layer is laminated on the substrate 101, but another layer may be inserted between the substrate 101 and the N-type clad layer.
  • another layer may be inserted between the substrate 101 and the N-type clad layer.
  • a buffer layer, an underlying layer, or the like may be inserted between the substrate 101 and the N-type clad layer.
  • the nitride-based semiconductor light-emitting device of the present disclosure can be applied, for example, as a high-output and high-efficiency light source to light sources for exposure apparatuses and processing machines.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 nitride-based semiconductor light-emitting device 100F, 100R end surface 100S semiconductor laminate 101 substrate 102, 1002, 1202 N-type clad layer 103, 203, 303, 703, 1003, 1203 first N-side guide layer 104, 304, 1204 second N-side guide layers 105, 305, 905, 1005, 1105, 1205 active layers 105a, 105c, 905a, 905c, 1005a, 1005c, 1105a, 1105c, 1205a, 1205c barrier layers 105b, 305b, 1205b well layers 106, 306, 406 , 606, 706, 806, 906, 1006, 1206, 1306 First P-side guide layer 107, 907, 1207 Electron barrier layer 108, 908, 1008, 1208 Second P-side guide layer 109, 1009, 1209 P-type clad layer 109R ridge 109T groove 110 contact layer 111 current blocking layer 112 P-side electrode 113 N-

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Abstract

窒化物系半導体発光素子（１００）は、ＧａＮからなる基板（１０１）と、基板（１０１）の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層と、基板（１０１）の上方に配置される活性層（１０５）と、第一クラッド層と、活性層（１０５）との間に配置される第一半導体層とを備え、活性層（１０５）は、窒化物系半導体からなるウェル層（１０５ｂ）と、Ａｌを含む窒化物系半導体からなるバリア層（１０５ａ）及び（１０５ｃ）とを有し、第一半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、第一クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、第一半導体層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる。

Description

窒化物系半導体発光素子
　本開示は、窒化物系半導体発光素子に関する。
　従来、青色光を出射する窒化物系半導体発光素子が知られているが、より短波長の紫外光を出射する高出力の窒化物系半導体発光素子が求められている（例えば、特許文献１など参照）。例えば、窒化物系半導体発光素子によって、ワット級の紫外レーザ光源を実現できれば、露光用光源、加工用光源などに用いることができる。
特開２０１０－２５８３６３号公報
　紫外光を出射する窒化物系半導体発光素子の発光層として、例えば、量子井戸構造を有する活性層が用いられる。このような活性層は、一つ以上のウェル層と、複数のバリア層とを含む。紫外光は、可視光より波長が短い（つまり、エネルギーが大きい）ため、紫外光を出射するウェル層のバンドギャップエネルギーは、可視光を出射するウェル層のバンドギャップエネルギーより大きい。このため、量子井戸構造における量子効果を確保するため、バリア層のバンドギャップエネルギーを大きくする必要がある。例えば、窒化物系半導体発光素子として、ＧａＮ基板と、Ａｌを含む窒化物系半導体からなるバリア層及びＡｌＧａＮからなるクラッド層とを用いる場合、バリア層のバンドギャップエネルギーを大きくするために、Ａｌ組成比を高くする必要がある。これに伴い、バリア層の屈折率が小さくなるので、クラッド層の屈折率をバリア層より小さくするために、クラッド層のＡｌ組成比を高める必要がある。
　このように、窒化物系半導体発光素子のバリア層及びクラッド層のＡｌ組成比が高められることにより、ＧａＮ基板に対するクラッド層などの半導体積層体における引っ張り歪が大きくなる。このため、半導体積層体における結晶性が悪化したり、半導体積層体にクラックが入りやすくなったりする。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、基板に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる窒化物系半導体発光素子を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る窒化物系半導体発光素子の一態様は、ＧａＮからなる基板と、前記基板の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層と、前記基板の上方に配置される活性層と、前記第一クラッド層と、前記活性層との間に配置される第一半導体層とを備え、前記活性層は、窒化物系半導体からなるウェル層と、Ａｌを含む窒化物系半導体からなるバリア層とを有し、前記第一半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記第一クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、前記第一半導体層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる。
　上記課題を解決するために、本開示に係る窒化物系半導体発光素子の他の一態様は、ＧａＮからなる基板と、前記基板の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなるＮ型クラッド層と、前記Ｎ型クラッド層の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＮ側半導体層と、前記Ｎ側半導体層の上方に配置される活性層と、前記活性層の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層と、前記Ｐ側半導体層の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなるＰ型クラッド層とを備え、前記活性層は、窒化物系半導体からなるウェル層と、Ａｌを含む窒化物系半導体からなるバリア層とを有し、前記Ｎ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ型クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、前記Ｐ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｐ型クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、前記Ｎ側半導体層及び前記Ｐ側半導体層の少なくとも一方は、ＡｌＧａＩｎＮからなる。
　本開示によれば、基板に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる窒化物系半導体発光素子を提供できる。
図１は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成を示す模式的な平面図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 図２Ｂは、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子が備える活性層の構成を示す模式的な断面図である。 図３は、実施の形態１に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図４は、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層におけるバンドギャップエネルギーと、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ層におけるバンドギャップエネルギーとの関係を示すグラフである。 図５は、実施の形態２に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図６は、実施の形態３に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図７は、実施の形態４に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図８は、実施の形態５に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図９は、実施の形態６に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１０は、実施の形態７に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１１は、実施の形態８に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１２は、実施の形態９に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１３は、実施の形態１０に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１４は、実施の形態１１に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１５は、実施の形態１２に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。 図１６は、実施の形態１３に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における鉛直上方及び鉛直下方を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。
　［１－１．全体構成］
　まず、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の全体構成について図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて説明する。図１及び図２Ａは、それぞれ本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の全体構成を示す模式的な平面図及び断面図である。図２Ａには、図１のＩＩ－ＩＩ線における断面が示されている。図２Ｂは、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００が備える活性層１０５の構成を示す模式的な断面図である。なお、各図には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、右手系の直交座標系である。窒化物系半導体発光素子１００の積層方向は、Ｚ軸方向に平行であり、光（レーザ光）の主な出射方向は、Ｙ軸方向に平行である。
　窒化物系半導体発光素子１００は、図２Ａに示されるように、窒化物系半導体層を含む半導体積層体１００Ｓを備え、半導体積層体１００Ｓの積層方向（つまり、Ｚ軸方向）に垂直な方向の端面１００Ｆ（図１参照）から光を出射する。本実施の形態では、窒化物系半導体発光素子１００は、共振器を形成する二つの端面１００Ｆ及び１００Ｒを有する半導体レーザ素子である。端面１００Ｆは、レーザ光を出射するフロント端面であり、端面１００Ｒは、端面１００Ｆより反射率が高いリア端面である。また、窒化物系半導体発光素子１００は、端面１００Ｆと端面１００Ｒとの間に形成された導波路を有する。本実施の形態では、端面１００Ｆ及び１００Ｒの反射率は、それぞれ、１６％及び９５％である。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の共振器長（つまり、端面１００Ｆと端面１００Ｒと間の距離）は１２００μｍ程度である。窒化物系半導体発光素子１００は、例えば、３７５ｎｍ帯にピーク波長を有する紫外光を出射する。なお、窒化物系半導体発光素子１００は、３７５ｎｍ帯以外にピーク波長を有する紫外光を出射してもよいし、紫外光以外の波長帯域にピーク波長を有する光を出射してもよい。
　図２Ａに示されるように、窒化物系半導体発光素子１００は、基板１０１と、半導体積層体１００Ｓと、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。半導体積層体１００Ｓは、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層１０３と、第二Ｎ側ガイド層１０４と、活性層１０５と、第一Ｐ側ガイド層１０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０とを有する。
　基板１０１は、窒化物系半導体発光素子１００の基台となる板状部材である。本実施の形態では、基板１０１は、Ｎ型クラッド層１０２の下方に配置され、Ｎ型ＧａＮからなる。より具体的には、基板１０１は、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされたＧａＮ基板である。
　Ｎ型クラッド層１０２は、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例である。ここで、クラッド層とは、積層方向に対する層内の光強度分布の変化の態様を、指数関数で近似できる層である。Ｎ型クラッド層１０２の導電型は、Ｎ型である。Ｎ型クラッド層１０２は、活性層１０５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。本実施の形態では、Ｎ型クラッド層１０２は、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚８００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層である。
　ここで、本開示において、ある層の平均バンドギャップエネルギーとは、その層の積層方向のある位置でのバンドギャップエネルギーの大きさを、その層の積層方向の基板側の界面の位置から基板から遠い側の界面の位置まで積層方向に積分し、その層の膜厚（基板側界面と、基板から遠い側の界面間の距離）で割ったバンドギャップエネルギーの値のことである。
　ある層の平均屈折率とは、その層の積層方向のある位置での屈折率の大きさを、その層の積層方向の基板側の界面の位置から基板から遠い側の界面の位置まで積層方向に積分し、その層の膜厚（基板側界面と、基板から遠い側の界面間の距離）で割った屈折率の値のことである。
　ある層の平均Ａｌ組成比とは、その層の積層方向のある位置でのＡｌ組成比の大きさを、その層の積層方向の基板側の界面の位置から基板から遠い側の界面の位置まで積層方向に積分し、その層の膜厚（基板側界面と、基板から遠い側の界面間の距離）で割ったＡｌ組成比の値のことである。
　ある層の平均不純物濃度とは、その層の積層方向のある位置での不純物濃度の大きさを、その層の積層方向の基板側の界面の位置から基板から遠い側の界面の位置まで積層方向に積分し、その層の膜厚（基板側界面と、基板から遠い側の界面間の距離）で割った不純物濃度の値のことである。不純物とは、Ｎ型半導体層では、Ｎ型の導電型を得るためにドーピングした不純物を指し、Ｐ型半導体層では、Ｐ型の導電型を得るためにドーピングした不純物を指す。
　第一Ｎ側ガイド層１０３は、Ｎ型クラッド層１０２と、活性層１０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。ここで、光ガイド層とは、積層方向に対する層内の光強度分布の変化の態様を、三角関数で近似できる層である。第一Ｎ側ガイド層１０３は、Ｎ型クラッド層１０２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第一Ｎ側ガイド層１０３の平均バンドギャップエネルギーは、第二Ｎ側ガイド層１０４の平均バンドギャップエネルギー以上である。第一Ｎ側ガイド層１０３は、Ａｌを含む。また、第一Ｎ側ガイド層１０３は、Ｎ型の窒化物系半導体層である。言い換えると、第一Ｎ側ガイド層１０３の平均不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ－３以上である。本実施の形態では、第一Ｎ側ガイド層１０３は、Ｎ型クラッド層１０２と第二Ｎ側ガイド層１０４との間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚７０ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。
　第二Ｎ側ガイド層１０４は、Ｎ型クラッド層１０２の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＮ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１０４は、Ｎ型クラッド層１０２と、活性層１０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１０４は、光ガイド層である。第二Ｎ側ガイド層１０４の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ型クラッド層１０２の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第二Ｎ側ガイド層１０４は、アンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。言い換えると、第二Ｎ側ガイド層１０４の平均不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ－３未満である。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１０４は、第一Ｎ側ガイド層１０３と活性層１０５との間に配置される膜厚７０ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０１Ｎ層である。
　活性層１０５は、基板１０１の上方に配置される発光層である。本実施の形態では、活性層１０５は、第二Ｎ側ガイド層１０４の上方に配置される。活性層１０５は、量子井戸構造を有し、紫外光を出射する。具体的には、図２Ｂに示されるように、活性層１０５は、窒化物系半導体からなるウェル層１０５ｂと、Ａｌを含む窒化物系半導体からなる二つのバリア層１０５ａ及び１０５ｃとを有する単一量子井戸構造である。ウェル層１０５ｂは、二つのバリア層１０５ａ及び１０５ｃの間に配置される。なお、活性層１０５の構成は、これに限定されない。例えば、活性層１０５は、多重量子井戸構造を有してもよい。具体的には、活性層１０５は、三つ以上のバリア層と、二つ以上のウェル層とを有してもよい。
　バリア層１０５ａ及び１０５ｃの各々は、第一Ｎ側ガイド層１０３の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。バリア層１０５ｃは、バリア層１０５ａの上方に配置される。本実施の形態では、バリア層１０５ａ及び１０５ｃの各々のバンドギャップエネルギーは、ウェル層１０５ｂのバンドギャップエネルギー、第一Ｐ側ガイド層１０６の平均バンドギャップエネルギー、及び、第一Ｎ側ガイド層１０３の平均バンドギャップエネルギーより大きく、電子障壁層１０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。バリア層１０５ａ及び１０５ｃの各々は、膜厚１０ｎｍのアンドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９２Ｉｎ０．０１Ｎ層であり、バリア層１０５ａの平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、Ｉｎ組成比は、それぞれ、バリア層１０５ｃの平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、Ｉｎ組成比に等しい。
　ウェル層１０５ｂは、バリア層１０５ａの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する窒化物系半導体層である。本実施の形態では、ウェル層１０５ｂは、膜厚１７．５ｎｍのアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層である。
　第一Ｐ側ガイド層１０６は、活性層１０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層１０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。つまり、窒化物系半導体発光素子１００においては、第二Ｎ側ガイド層１０４（つまり、Ｎ側半導体層）及び第一Ｐ側ガイド層１０６（つまり、Ｐ側半導体層）の両方がＡｌＧａＩｎＮからなる。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１０６は、光ガイド層である。第一Ｐ側ガイド層１０６の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比は、それぞれ、第二Ｎ側ガイド層１０４の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比に等しい。第一Ｐ側ガイド層１０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第一Ｐ側ガイド層１０６は、アンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。言い換えると、第一Ｐ側ガイド層１０６の平均不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ－３未満である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１０６は、膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０１Ｎ層である。
　電子障壁層１０７は、第一Ｐ側ガイド層１０６とＰ型クラッド層１０９との間に配置される窒化物系半導体層である。電子障壁層１０７のバンドギャップエネルギーは、バリア層１０５ｃのバンドギャップエネルギーより大きい。これにより、電子が活性層１０５からＰ型クラッド層１０９へ漏れることを抑制できる。本実施の形態では、電子障壁層１０７のバンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９のバンドギャップエネルギーより大きい。電子障壁層１０７は、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚５ｎｍのＰ型Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎ層である。
　第二Ｐ側ガイド層１０８は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層１０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第二Ｐ側ガイド層１０８は、電子障壁層１０７と、Ｐ型クラッド層１０９との間に配置される第二ガイド層の一例でもある。第二Ｐ側ガイド層１０８の平均バンドギャップエネルギー、及びＡｌ組成比は、それぞれ、第一Ｎ側ガイド層１０３の平均バンドギャップエネルギー、及びＡｌ組成比に等しい。第二Ｐ側ガイド層１０８は、Ｐ型クラッド層１０９より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第二Ｐ側ガイド層１０８の平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｐ側ガイド層１０６の平均バンドギャップエネルギー以上である。第二Ｐ側ガイド層１０８は、Ａｌを含む。また、第二Ｐ側ガイド層１０８は、Ｐ型の窒化物系半導体層である。言い換えると、第二Ｐ側ガイド層１０８の平均不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上である。本実施の形態では、第二Ｐ側ガイド層１０８は、電子障壁層１０７とＰ型クラッド層１０９との間に配置され、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１４８ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。
　Ｐ型クラッド層１０９は、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例である。Ｐ型クラッド層１０９の導電型は、Ｐ型である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１０９は、第一Ｐ側ガイド層１０６の上方に配置される。Ｐ型クラッド層１０９は、活性層１０５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギーは、電子障壁層１０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギー、及びＡｌ組成比は、それぞれ、Ｎ型クラッド層１０２の平均バンドギャップエネルギー、及びＡｌ組成比に等しい。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１０９には、不純物としてＭｇがドープされている。Ｐ型クラッド層１０９の活性層１０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層１０９は、膜厚４５０ｎｍのＡｌＧａＮ層であり、活性層１０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層と、活性層１０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層とを有する。
　Ｐ型クラッド層１０９には、リッジ１０９Ｒが形成されている。また、Ｐ型クラッド層１０９には、リッジ１０９Ｒに沿って配置され、Ｙ軸方向に延びる二つの溝１０９Ｔが形成されている。本実施の形態では、リッジ幅Ｗは、３０μｍ程度である。
　コンタクト層１１０は、Ｐ型クラッド層１０９の上方に配置され、Ｐ側電極１１２とオーミック接触する窒化物系半導体層である。本実施の形態では、コンタクト層１１０は、膜厚６０ｎｍのＰ型ＧａＮ層である。コンタクト層１１０には、不純物として濃度１×１０２０ｃｍ－３のＭｇがドープされている。
　電流ブロック層１１１は、Ｐ型クラッド層１０９の上方に配置され、活性層１０５からの光に対して透過性を有する絶縁層である。電流ブロック層１１１は、Ｐ型クラッド層１０９及びコンタクト層１１０の上面のうち、リッジ１０９Ｒの上面以外の領域に配置される。なお、電流ブロック層１１１は、リッジ１０９Ｒの上面の一部の領域にも配置されていてもよい。例えば、電流ブロック層１１１は、リッジ１０９Ｒの上面の端縁領域に配置されていてもよい。本実施の形態では、電流ブロック層１１１は、ＳｉＯ２層である。
　Ｐ側電極１１２は、コンタクト層１１０の上方に配置される導電層である。本実施の形態では、Ｐ側電極１１２は、コンタクト層１１０及び電流ブロック層１１１の上方に配置される。Ｐ側電極１１２は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜である。
　Ｎ側電極１１３は、基板１０１の下方に（つまり、基板１０１のＮ型クラッド層１０２などが配置された主面の反対側の主面に）配置される導電層である。Ｎ側電極１１３は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜である。
　窒化物系半導体発光素子１００は、以上のような構成を有することにより、リッジ１０９Ｒの下方の部分と、溝１０９Ｔの下方の部分との間に実効屈折率差ΔＮが生じる。これにより、活性層１０５のリッジ１０９Ｒの下方の部分で発生した光を水平方向（つまり、Ｘ軸方向）に閉じ込めることができる。
　［１－２．効果］
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の効果について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る半導体積層体１００Ｓのバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。図３の横軸は、積層方向における位置を表し、横軸の右側が半導体積層体１００Ｓの上方に対応する。なお、図３においては、コンタクト層１１０は省略されている。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００のウェル層１０５ｂのように紫外光を出射するウェル層のバンドギャップエネルギーは、可視光を出射するウェル層のバンドギャップエネルギーより大きい。このため、バリア層のバンドギャップエネルギーを大きくする必要がある。例えば、窒化物系半導体発光素子として、ＧａＮ基板と、ＡｌＧａＩｎＮからなるバリア層及びＡｌＧａＮからなるクラッド層とを用いる場合、バリア層のバンドギャップエネルギーを大きくするために、Ａｌ組成比を高くする必要がある。これに伴い、バリア層の屈折率が小さくなるため、クラッド層の屈折率をバリア層より小さくするために、クラッド層のＡｌ組成比を高める必要がある。このように、窒化物系半導体発光素子のバリア層及びクラッド層のＡｌ組成比が高められることにより、ＧａＮ基板に対するクラッド層などの半導体積層体における引っ張り歪が大きくなる。このため、半導体積層体における結晶性が悪化したり、半導体積層体にクラックが入りやすくなったりする。
　これに対して、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００では、図３に示されるように、第二Ｎ側ガイド層１０４及び第一Ｐ側ガイド層１０６がＡｌＧａＩｎＮからなるため、第二Ｎ側ガイド層１０４及び第一Ｐ側ガイド層１０６がＡｌＧａＮからなる場合と比較して、バンドギャップエネルギー及び屈折率を同等に維持しつつ、基板１０１に対する引っ張り歪を低減できる。したがって、基板１０１に対する半導体積層体１００Ｓの引っ張り歪を低減できる窒化物系半導体発光素子１００を実現できる。これにより、半導体積層体１００Ｓにおける結晶性の悪化、及び、半導体積層体１００Ｓにクラックが入ることを抑制できる。
　また、基板１０１に対する半導体積層体１００Ｓの引っ張り歪を低減することで、活性層１０５から電子障壁層１０７へ向かうピエゾ電界を低減できる。このピエゾ電界は、ホールに対する障壁となり得ることから、ピエゾ電界を低減することで、ホール注入効率を高めることができる。
　以上のように、本実施の形態では、光閉じ込め係数を確保しながら、ピエゾ電界を低減できる。
　また、本実施の形態では、電子障壁層１０７上に位置する第二Ｐ側ガイド層１０８のバンドギャップエネルギーを、第一Ｐ側ガイド層１０６のバンドギャップエネルギーより大きくすることで、第二Ｐ側ガイド層１０８の屈折率を、第一Ｐ側ガイド層１０６の屈折率より小さくできる。これにより、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１０５の積層方向中央に近づけることができる。つまり、窒化物系半導体発光素子１００の光閉じ込め係数を高めることができる。
　ここで、ＡｌＧａＩｎＮの組成決定方法について、図４を用いて説明する。図４は、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層におけるバンドギャップエネルギーと、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ層におけるバンドギャップエネルギーとの関係を示すグラフである。図４において、横軸は、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層におけるＩｎ組成比ｙを示し、縦軸は、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層におけるＡｌ組成比ｘを示す。図４に、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層において、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ層と同一のバンドギャップエネルギーを得るためのＩｎ組成比ｙとＡｌ組成比ｘとの関係が示されている。なお、図４において、ＡｌｚＧａ１－ｚＮ層のＡｌ組成比ｚが０、０．０５、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５、及び０．４０である場合の各々の関係が示されている。また、図４に、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層の格子定数と、ＧａＮ層の格子定数とを等しくするためのＩｎ組成比ｙとＡｌ組成比ｘとの関係が破線で示されている。したがって、図４のグラフにおける破線より左上の領域は、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層の格子定数が、ＧａＮ層の格子定数より小さい組成比を示し、破線より右下の領域は、ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層の格子定数が、ＧａＮ層の格子定数より大きい組成比を示す。なお、格子定数の計算において、ＡｌＮ、ＧａＮ、及びＩｎＮの格子定数として、それぞれ、０．３１１ｎｍ、０．３１８２ｎｍ、及び０．３５４ｎｍを用いている。
　ＡｌｘＧａ１－ｘ－ｙＩｎｙＮ層においてＡｌｚＧａ１－ｚＮ層と同一のバンドギャップエネルギーを得るためには、図４に示されるように、以下の式（１）が成り立つ必要がある。
　　　ｘ＝（－０．１７２７ｚ＋２．５９５）ｙ＋ｚ （１）
　このように、ＡｌＧａＮ層を、バンドギャップエネルギーを変えることなく、ＡｌＧａＩｎＮ層に置き換えることができる。
　本実施の形態では、バリア層１０５ａ及び１０５ｃは、ＡｌＧａＩｎＮからなる。これにより、上述のとおり、基板１０１に対するバリア層１０５ａ及び１０５ｃにおける引っ張り歪を低減できる。したがって、基板１０１に対する半導体積層体１００Ｓの引っ張り歪を低減でき、かつ、内部量子効率の増大、及び、発振波長の長波長シフト低減が可能となる。また、ウェル層１０５ｂの下方に位置するバリア層１０５ａがＩｎを含むことで、その上に積層されるウェル層１０５ｂの結晶性を高めることができる。
　また、本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１０４より、バリア層１０５ａにおいて、Ａｌ組成比に対するＩｎ組成比の比（ｙ／ｘ）が小さい。これにより、バリア層１０５ａより、第二Ｎ側ガイド層１０４において、バンドギャップエネルギーが小さく、かつ、屈折率が高くなる。このように、バリア層１０５ｃのバンドギャップエネルギーを大きくすることで、量子井戸構造における量子効果を高めることができる。また、屈折率が高い第二Ｎ側ガイド層１０４を活性層１０５に隣接させることで、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１０５の積層方向中央に近づけることができる。つまり、窒化物系半導体発光素子１００の光閉じ込め係数を高めることができる。
　同様に、第一Ｐ側ガイド層１０６より、バリア層１０５ｃにおいて、Ａｌ組成比に対するＩｎ組成比の比（ｙ／ｘ）が小さい。これにより、第一Ｐ側ガイド層１０６は、バリア層１０５ｃより、バンドギャップエネルギーが小さく、かつ、屈折率が高くなる。このように、バリア層１０５ｃのバンドギャップエネルギーを大きくすることで、量子井戸構造における量子効果を高めることができる。また、屈折率が高い第一Ｐ側ガイド層１０６を活性層１０５に隣接させることで、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１０５の積層方向中央に近づけることができる。つまり、窒化物系半導体発光素子１００の光閉じ込め係数を高めることができる。
　また、本実施の形態では、ウェル層１０５ｂに対して下方に、ＡｌＧａＩｎＮからなる第二Ｎ側ガイド層１０４が配置されるため、ウェル層１０５ｂのＩｎ組成比の揺らぎが生じやすくなる。これにより、ウェル層１０５ｂにおいてキャリアの局在が起こるため、発光効率が向上する。
　また、本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１０６がアンドープ層であるため、活性層１０５へのＭｇの拡散を抑制できる。さらに、第一Ｐ側ガイド層１０６が、ＡｌＧａＩｎＮからなるため、Ｍｇ濃度が大きい電子障壁層１０７から、活性層１０５へのＭｇの拡散を抑制できる。したがって、活性層１０５及びその近傍でのＭｇに起因する光吸収損失を低減できる。これにより、窒化物系半導体発光素子１００におけるレーザ発振のしきい値電流の増加、及び、発光効率の低下を抑制できる。
　また、電子障壁層１０７から活性層１０５へ向かうＭｇの拡散を抑制することで、電子障壁層１０７における電気抵抗増大を抑制できるため、窒化物系半導体発光素子１００の動作電圧の増大を抑制できる。
　さらに、Ｍｇの拡散に伴う水素の拡散も抑制できることから、窒化物系半導体発光素子１００の信頼性を高めることができる。
　また、本実施の形態では、光ガイド層である第二Ｎ側ガイド層１０４及び第一Ｐ側ガイド層１０６がＡｌＧａＩｎＮからなることで、光ガイド層の膜厚を大きくしても、基板１０１に対する半導体積層体１００Ｓの引っ張り歪を低減可能となる。あるいは、光ガイド層である第二Ｎ側ガイド層１０４及び第一Ｐ側ガイド層１０６の屈折率を低くしても、基板１０１に対する半導体積層体１００Ｓの引っ張り歪を低減可能となる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００は、第二Ｎ側ガイド層１０４及び第一Ｐ側ガイド層１０６に加えて、第一Ｎ側ガイド層１０３及び第二Ｐ側ガイド層１０８を備える。このように、光ガイド層の総膜厚が大きい構成においても、第二Ｎ側ガイド層１０４及び第一Ｐ側ガイド層１０６がＡｌＧａＩｎＮからなるため、基板１０１に対する半導体積層体１００Ｓの引っ張り歪を低減可能となる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００は、第一Ｐ側ガイド層１０６と第二Ｐ側ガイド層１０８との間に電子障壁層１０７を備えることで、電子障壁層１０７を第二Ｐ側ガイド層１０８の上方に配置する場合より、電子を活性層１０５付近の狭い領域に閉じ込めることができる。また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００は、電子障壁層１０７の上方に配置される第二Ｐ側ガイド層１０８を備えることで、第二Ｐ側ガイド層１０８を備えない場合より、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１０５の積層方向中央に近づけることが可能となる。
　［１－３．製造方法］
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００の製造方法について説明する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００は、基板１０１上に、半導体積層体１００Ｓ、電流ブロック層１１１、及びＰ側電極１１２を順次形成し、基板１０１の半導体積層体１００Ｓが形成された主面の裏側の主面にＮ側電極１１３を形成することで、製造される。
　半導体積層体１００Ｓは、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によるエピタキシャル成長技術を用いて、基板１０１上に積層される。本実施の形態に係る半導体積層体１００Ｓのうち、ＡｌＧａＮからなる各層（Ｎ型クラッド層１０２、第一Ｎ側ガイド層１０３、電子障壁層１０７、第二Ｐ側ガイド層１０８、Ｐ型クラッド層１０９、及びコンタクト層１１０）は、例えば、１１５０℃で、結晶成長させる。一方、Ｉｎを含む各層（第二Ｎ側ガイド層１０４、活性層１０５、及び第一Ｐ側ガイド層１０６）は、例えば、８５０℃で、結晶成長させる。Ｉｎを含む各層は、ＡｌＧａＮからなる各層より低い成長速度で結晶成長させる。なお、以下の各実施の形態に係る半導体積層体においても、ＡｌＧａＮからなる各層は、１１５０℃で、結晶成長させ、Ｉｎを含む各層は、８５０℃で結晶成長させる。
　また、半導体積層体１００ＳのＰ型クラッド層１０９などは、フォトリソグラフィ技術及びエッチングなどを用いて適宜パターニングされる。
　電流ブロック層１１１は、例えば、プラズマＣＶＤ法などを用いて形成され、フォトリソグラフィ技術及びエッチングなどを用いて適宜パターニングされる。
　Ｐ側電極１１２及びＮ側電極１１３は、フォトリソグラフィ技術及び蒸着法を用いて形成される。
　以上のような製造方法により、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子１００を製造することができる。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、第一Ｎ側ガイド層の構成において実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図５に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層２０３と、第二Ｎ側ガイド層１０４と、活性層１０５と、第一Ｐ側ガイド層１０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る第一Ｎ側ガイド層２０３は、Ｎ型クラッド層１０２と、活性層１０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、ＡｌＧａＩｎＮからなる。つまり、第一Ｎ側ガイド層２０３は、第一半導体層の一例でもあり、Ｎ側半導体層の一例でもある。第一Ｎ側ガイド層２０３は、Ｎ型クラッド層１０２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。また、第一Ｎ側ガイド層２０３は、Ｎ型の窒化物系半導体層である。第一Ｎ側ガイド層２０３の平均バンドギャップエネルギーは、第二Ｐ側ガイド層１０８の平均バンドギャップエネルギーより大きい。本実施の形態では、第一Ｎ側ガイド層２０３は、Ｎ型クラッド層１０２と第二Ｎ側ガイド層１０４との間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚７０ｎｍのＮ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９３Ｉｎ０．０１Ｎ層である。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子によれば、第一Ｎ側ガイド層２０３がＡｌＧａＩｎＮからなることにより、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪をより一層低減できる。
　本実施の形態に係る半導体積層体は、実施の形態１に係る半導体積層体１００Ｓと同様にＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長技術を用いて、基板１０１上に積層される。本実施の形態に係る半導体積層体１００Ｓのうち、ＡｌＧａＮからなる各層（Ｎ型クラッド層１０２、電子障壁層１０７、第二Ｐ側ガイド層１０８、Ｐ型クラッド層１０９、及びコンタクト層１１０）は、例えば、１１５０℃で、結晶成長させる。一方、Ｉｎを含む各層（第一Ｎ側ガイド層２０３、第二Ｎ側ガイド層１０４、活性層１０５、及び第一Ｐ側ガイド層１０６）は、例えば、８５０℃で、ＡｌＧａＮからなる各層より低い成長速度で、結晶成長させる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｎ型クラッド層、光ガイド層及びウェル層の構成において実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図６に示されるように、第一Ｎ型クラッド層３０２ａと、第二Ｎ型クラッド層３０２ｂと、第三Ｎ型クラッド層３０２ｃと、第一Ｎ側ガイド層３０３と、第二Ｎ側ガイド層３０４と、活性層３０５と、第一Ｐ側ガイド層３０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。活性層３０５は、二つのバリア層１０５ａ及び１０５ｃと、ウェル層３０５ｂとを有する。
　本実施の形態に係る第一Ｎ型クラッド層３０２ａは、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例であり、Ｎ型クラッド層の一例でもある。第一Ｎ型クラッド層３０２ａの導電型は、Ｎ型である。第一Ｎ型クラッド層３０２ａは、活性層３０５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。本実施の形態では、第一Ｎ型クラッド層３０２ａは、基板１０１と、第二Ｎ型クラッド層３０２ｂの間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚３５０ｎｍのＮ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層である。
　第二Ｎ型クラッド層３０２ｂは、第一Ｎ型クラッド層３０２ａと、活性層３０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例であり、Ｎ側半導体層の一例でもある。第二Ｎ型クラッド層３０２ｂは、Ｎ型のクラッド層である。第二Ｎ型クラッド層３０２ｂの平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｎ型クラッド層３０２ａの平均バンドギャップエネルギー及びバリア層１０５ａのバンドギャップエネルギーより小さい。第二Ｎ型クラッド層３０２ｂのＡｌ組成比は、第一Ｎ型クラッド層３０２ａのＡｌ組成比より高い。本実施の形態では、第二Ｎ型クラッド層３０２ｂは、第一Ｎ型クラッド層３０２ａと、第三Ｎ型クラッド層３０２ｃの間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚１００ｎｍのＮ型Ａｌ０．１７Ｇａ０．７８Ｉｎ０．０５Ｎ層である。
　第三Ｎ型クラッド層３０２ｃは、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例であり、Ｎ型クラッド層の一例でもある。第三Ｎ型クラッド層３０２ｃは、活性層３０５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。本実施の形態では、第三Ｎ型クラッド層３０２ｃは、第二Ｎ型クラッド層３０２ｂと、第一Ｎ側ガイド層３０３との間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚３５０ｎｍのＮ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層である。
　第一Ｎ側ガイド層３０３は、第一Ｎ型クラッド層３０２ａと、活性層３０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、ＡｌＧａＩｎＮからなる。つまり、第一Ｎ側ガイド層３０３は、第一半導体層の一例でもあり、Ｎ側半導体層の一例でもある。第一Ｎ側ガイド層３０３は、第一Ｎ型クラッド層３０２ａより屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。また、第一Ｎ側ガイド層３０３は、Ｎ型の窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第一Ｎ側ガイド層３０３は、第三Ｎ型クラッド層３０２ｃと第二Ｎ側ガイド層３０４との間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚７０ｎｍのＮ型Ａｌ０．１５９Ｇａ０．７９１Ｉｎ０．０５Ｎ層である。
　第二Ｎ側ガイド層３０４は、第一Ｎ型クラッド層３０２ａの上方に配置され、窒化物系半導体からなるＮ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層３０４は、第一Ｎ型クラッド層３０２ａと、活性層３０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層３０４は、光ガイド層である。第二Ｎ側ガイド層３０４の平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｎ型クラッド層３０２ａの平均バンドギャップエネルギーより小さい。第二Ｎ側ガイド層３０４は、アンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。第一Ｎ側ガイド層３０３の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比は、それぞれ、第二Ｎ側ガイド層３０４の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比に等しい。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層３０４は、第一Ｎ側ガイド層３０３と活性層３０５との間に配置される膜厚７０ｎｍのアンドープＡｌ０．１５９Ｇａ０．７９１Ｉｎ０．０５Ｎ層である。
　ウェル層３０５ｂは、バリア層１０５ａの上方に配置され、量子井戸構造の井戸として機能する窒化物系半導体層である。本実施の形態では、ウェル層３０５ｂは、膜厚１７．５ｎｍのアンドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９６Ｉｎ０．０２Ｎ層である。
　第一Ｐ側ガイド層３０６は、活性層３０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層３０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層３０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層３０６は、光ガイド層である。第一Ｐ側ガイド層３０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第一Ｐ側ガイド層３０６は、アンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層３０６は、活性層３０５と電子障壁層１０７との間に配置される膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌ０．１５９Ｇａ０．７９１Ｉｎ０．０５Ｎ層である。第二Ｎ側ガイド層３０４の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比は、それぞれ、第一Ｐ側ガイド層３０６の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比に等しい。第一Ｐ側ガイド層３０６の平均バンドギャップエネルギーは、第二Ｐ側ガイド層１０８の平均バンドギャップエネルギーに等しい。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子によれば、第一Ｎ側ガイド層３０３がＡｌＧａＩｎＮからなることにより、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪をより一層低減できる。
　また、本実施の形態では、Ｎ型クラッド層の一部がＡｌＧａＩｎＮからなることにより、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪をより一層低減できる。また、ＡｌＧａＩｎＮからなる第二Ｎ型クラッド層３０２ｂを８５０℃で結晶成長させる。このため、例えば、実施の形態１に係る半導体積層体１００Ｓなどより結晶成長に時間がかかる。しかしながら、本実施の形態では、クラッド層全体でなく、クラッド層の一部である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂだけがＡｌＧａＩｎＮからなるため、結晶成長に要する時間の増大を抑制できる。
　また、本実施の形態では、各々が第一半導体層の一例である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂ、第一Ｎ側ガイド層３０３、第二Ｎ側ガイド層３０４、及び第一Ｐ側ガイド層３０６の各Ａｌ組成比は、第一Ｎ型クラッド層３０２ａ及びＰ型クラッド層１０９のＡｌ組成比より高い。活性層３０５で発生する光の吸収を抑制するためには、バリア層１０５ａ及び１０５ｃのバンドギャップエネルギーを大きくする必要があり、それに伴い、光ガイド層及びクラッド層のバンドギャップエネルギーも大きくする必要がある。本実施の形態では、第一半導体層のＡｌ組成比が第一Ｎ型クラッド層３０２ａ及びＰ型クラッド層１０９のＡｌ組成比より高いため、第一半導体層のＩｎ組成比を高くできる。したがって、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減可能となる。
　また、本実施の形態では、各々が第一半導体層の一例である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂ、第一Ｎ側ガイド層３０３、第二Ｎ側ガイド層３０４、及び第一Ｐ側ガイド層３０６は、基板１０１に対して圧縮歪を有する。言い換えると、各々がＮ側半導体層の一例である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂ、第一Ｎ側ガイド層３０３、及び第二Ｎ側ガイド層３０４、並びに、Ｐ側半導体層の一例である第一Ｐ側ガイド層３０６に含まれるＡｌＧａＩｎＮの格子定数は、基板１０１に含まれるＧａＮの格子定数より大きい。また、第一半導体層のバンドギャップエネルギーは、基板１０１を構成するＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きい。一方、半導体積層体の他の層は、基板１０１に対して引っ張り歪を有する。したがって、上記各層が圧縮歪を有することで、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪をより一層低減でき、かつ、活性層３０５で発生する光の吸収を抑制できる。
　また、本実施の形態では、各々が第一半導体層の一例である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂ、第一Ｎ側ガイド層３０３、第二Ｎ側ガイド層３０４、及び第一Ｐ側ガイド層３０６の各Ａｌ組成比は、バリア層１０５ａ及び１０５ｃのＡｌ組成比より高い。上述したとおり活性層３０５で発生する光の吸収を抑制するためには、ガイド層及びクラッド層のバンドギャップエネルギーを大きくする必要がある。本実施の形態では、第一半導体層のＡｌ組成比がバリア層１０５ａ及び１０５ｃのＡｌ組成比より高いため、第一半導体層のＩｎ組成比を高くできる。したがって、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減可能となる。
　また、電子障壁層１０７と活性層３０５との間に配置される第一Ｐ側ガイド層３０６が圧縮歪を有することで、電子障壁層１０７から活性層３０５へ向かうピエゾ電界を形成できる。これにより、活性層３０５へのホール注入効率を高めることができる。
　また、本実施の形態では、各々が第一半導体層の一例である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂ、第一Ｎ側ガイド層３０３、第二Ｎ側ガイド層３０４、及び第一Ｐ側ガイド層３０６の各Ｉｎ組成比は、バリア層１０５ａ及び１０５ｃのＩｎ組成比より高い。また、各々が第一半導体層の一例である第二Ｎ型クラッド層３０２ｂ、第一Ｎ側ガイド層３０３、第二Ｎ側ガイド層３０４、及び第一Ｐ側ガイド層３０６の各Ａｌ組成比は、バリア層１０５ａ及び１０５ｃのＡｌ組成比以下である。これにより、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる。
　また、本実施の形態では、ウェル層３０５ｂがＡｌＧａＩｎＮからなることにより、ウェル層３０５ｂ内のＩｎ組成比のゆらぎのため、キャリアの局在が起こり、発光効率が向上する。また、ウェル層がＩｎＧａＮからなる場合と比較して、圧縮歪の低減によりピエゾ電界を低減できるため、内部量子効率の増大、及び、発振波長の長波長シフト低減が可能となる。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、第一Ｐ側ガイド層の構成において実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子との相違点を中心に、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態３に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図７に示されるように、第一Ｎ型クラッド層３０２ａと、第二Ｎ型クラッド層３０２ｂと、第三Ｎ型クラッド層３０２ｃと、第一Ｎ側ガイド層３０３と、第二Ｎ側ガイド層３０４と、活性層３０５と、第一Ｐ側ガイド層４０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る第一Ｐ側ガイド層４０６は、活性層３０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。第一Ｐ側ガイド層４０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層３０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層４０６は、活性層３０５と電子障壁層１０７との間に配置される膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌ０．１８Ｇａ０．７６Ｉｎ０．０６Ｎ層である。
　以上のように、本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層４０６のバンドギャップエネルギーは、第一Ｎ側ガイド層３０３及び第二Ｎ側ガイド層３０４のバンドギャップエネルギーより小さい。また、第一Ｐ側ガイド層４０６のＩｎ組成比は、第一Ｎ側ガイド層３０３及び第二Ｎ側ガイド層３０４のＩｎ組成比より高い。
　これにより、第一Ｐ側ガイド層４０６の圧縮歪が、第一Ｎ側ガイド層３０３及び第二Ｎ側ガイド層３０４の圧縮歪より大きくなる。これに伴い、電子障壁層１０７から活性層３０５へ向かうピエゾ電界が、活性層３０５から第一Ｎ型クラッド層３０２ａなどのＮ型クラッド層へ向かうピエゾ電界より大きくなる。したがって、活性層３０５へのホール注入効率を高めることができる。電子よりホールの方が、有効質量が大きいため、一般に、電子よりホールの方が、注入効率が低くなる傾向にある。本実施の形態では、Ｎ側の各光ガイド層の圧縮歪より、第一Ｐ側ガイド層４０６の圧縮歪を大きくすることで、電子障壁層１０７から活性層３０５へ向かうピエゾ電界を、活性層３０５から第一Ｎ型クラッド層３０２ａなどのＮ型クラッド層へ向かうピエゾ電界より大きくすることができる。したがって、電子より注入効率が低くなる傾向にあるホールの注入効率を高めることができる。
　（実施の形態５）
　実施の形態５に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、Ｐ側の光ガイド層の構成において実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図８に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層１０３と、第二Ｎ側ガイド層１０４と、活性層１０５と、第一Ｐ側ガイド層１０６と、第三Ｐ側ガイド層５０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る半導体積層体は、第三Ｐ側ガイド層５０６を備える点において、実施の形態１に係る半導体積層体１００Ｓと相違する。
　第三Ｐ側ガイド層５０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層１０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第三Ｐ側ガイド層５０６は、Ｐ型クラッド層１０９より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第三Ｐ側ガイド層５０６の平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｐ側ガイド層１０６の平均バンドギャップエネルギー以上である。第三Ｐ側ガイド層５０６は、Ａｌを含む。また、第三Ｐ側ガイド層５０６は、Ｐ型の窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第三Ｐ側ガイド層５０６は、第一Ｐ側ガイド層１０６と電子障壁層１０７との間に配置され、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚７０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。なお、本実施の形態では、第三Ｐ側ガイド層５０６の屈折率及び平均バンドギャップエネルギーは、それぞれ第二Ｐ側ガイド層１０８の屈折率及び平均バンドギャップエネルギーに等しい。
　このような構成を有する窒化物系半導体発光素子においても、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様の効果が奏される。
　（実施の形態６）
　実施の形態６に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、第一Ｐ側ガイド層の構成において実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図９に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層１０３と、第二Ｎ側ガイド層１０４と、活性層１０５と、第一Ｐ側ガイド層６０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る半導体積層体は、第一Ｐ側ガイド層６０６のＡｌ組成比が、活性層１０５から遠ざかるにしたがって単調に増加するＡｌ組成傾斜領域を含む点において、実施の形態１に係る半導体積層体１００Ｓと相違する。
　本実施の形態に係る第一Ｐ側ガイド層６０６は、活性層１０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層６０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層１０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。第一Ｐ側ガイド層６０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第一Ｐ側ガイド層６０６は、膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層６０６のＡｌ組成比は、Ｘｐｇ１で表される。第一Ｐ側ガイド層６０６の活性層１０５から近い方の界面付近、及び、遠い方の界面付近におけるＡｌ組成比Ｘｐｇ１は、それぞれ、５．０％、及び５．６％である。第一Ｐ側ガイド層６０６におけるＩｎ組成比は、１．０％であり、層内において一様である。つまり、第一Ｐ側ガイド層６０６の組成は、活性層１０５から近い方の界面において、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０１Ｎであり、活性層１０５から遠い方の界面において、Ａｌ０．０５６Ｇａ０．９３４Ｉｎ０．０１Ｎである。第一Ｐ側ガイド層６０６は、活性層１０５から近い方の界面において、第二Ｎ側ガイド層１０４と同じバンドギャップエネルギーを有し、活性層１０５から遠い方の界面において、第二Ｐ側ガイド層１０８と同じバンドギャップエネルギーを有する。
　このような構成を有する窒化物系半導体発光素子においても、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００と同様の効果が奏される。
　また、第一Ｐ側ガイド層６０６において、活性層１０５から遠ざかるにしたがってＡｌ組成比を単調に増加させることで、屈折率を活性層１０５に近づくにしたがって増大させることができる。したがって、第一Ｐ側ガイド層６０６における活性層１０５に近い領域の屈折率を高めることができるため、積層方向における光強度分布のピーク位置を活性層１０５の積層方向中央に近づけることができる。これにより、光閉じ込め係数を高めることができる。
　なお、本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層６０６の全体がＡｌ組成傾斜領域であったが、第一Ｐ側ガイド層６０６のうち、積層方向における一部の領域だけが、Ａｌ組成傾斜領域であってもよい。
　（実施の形態７）
　実施の形態７に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、第一Ｎ側ガイド層、ウェル層、及び第一Ｐ側ガイド層の構成において実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１０に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層７０３と、第二Ｎ側ガイド層１０４と、活性層３０５と、第一Ｐ側ガイド層７０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る活性層３０５の構成は、実施の形態３に係る活性層３０５の構成と同様である。
　本実施の形態に係る第一Ｎ側ガイド層７０３は、Ｎ型クラッド層１０２と、活性層３０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、ＡｌＧａＩｎＮからなる。つまり、第一Ｎ側ガイド層７０３は、第一半導体層の一例でもあり、Ｎ側半導体層の一例でもある。第一Ｎ側ガイド層７０３は、Ｎ型クラッド層１０２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。また、第一Ｎ側ガイド層７０３は、Ｎ型の窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第一Ｎ側ガイド層７０３は、Ｎ型クラッド層１０２と第二Ｎ側ガイド層１０４との間に配置され、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚７０ｎｍのＮ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９４Ｉｎ０．０１Ｎ層である。第一Ｎ側ガイド層７０３の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比は、それぞれ、第二Ｎ側ガイド層１０４の平均バンドギャップエネルギー、Ａｌ組成比、及びＩｎ組成比に等しい。
　第一Ｐ側ガイド層７０６は、アンドープのＡｌ０．１５４Ｇａ０．７９６Ｉｎ０．０５Ｎである。第一Ｎ側ガイド層７０３及び第二Ｎ側ガイド層１０４の各々の平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｐ側ガイド層７０６の平均バンドギャップエネルギーと等しい。また、第一Ｎ側ガイド層７０３、第二Ｎ側ガイド層１０４、及び第一Ｐ側ガイド層７０６の各々の平均バンドギャップエネルギーは、第二Ｐ側ガイド層１０８の平均バンドギャップエネルギーより小さい。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、以上のような構成を備えることにより、バリア層１０５ａから第一Ｐ側ガイド層７０６までは、基板１０１に対して圧縮歪を有し、その他の層は引っ張り歪を有する。このように、第一Ｐ側ガイド層７０６が基板１０１に対して圧縮歪を有することにより、電子障壁層１０７から活性層３０５へ向かうピエゾ電界を形成できるため、ホール注入効率を高めることができる。
　（実施の形態８）
　実施の形態８に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、ウェル層、及び第一Ｐ側ガイド層の構成において実施の形態６に係る窒化物系半導体発光素子と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態６に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態６に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１１に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層１０３と、第二Ｎ側ガイド層１０４と、活性層３０５と、第一Ｐ側ガイド層８０６と、電子障壁層１０７と、第二Ｐ側ガイド層１０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る活性層３０５の構成は、実施の形態３に係る活性層３０５の構成と同様である。
　本実施の形態に係る第一Ｐ側ガイド層８０６は、活性層３０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層８０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層３０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。第一Ｐ側ガイド層８０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第一Ｐ側ガイド層８０６は、膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層８０６は、活性層３０５から遠ざかるにしたがって組成が変化する組成傾斜領域を含む。第一Ｐ側ガイド層８０６のＡｌ組成比及びＩｎ組成比は、それぞれ、Ｘｐｇ１及びＹｐｇ１で表される。第一Ｐ側ガイド層８０６の活性層３０５から近い方の界面付近、及び、遠い方の界面付近におけるＡｌ組成比Ｘｐｇ１は、それぞれ、１５．４％、及び５．６％である。第一Ｐ側ガイド層８０６の活性層３０５から近い方の界面付近、及び、遠い方の界面付近におけるＩｎ組成比Ｙｐｇ１は、それぞれ、５．０％、及び１．０％である。つまり、第一Ｐ側ガイド層８０６の組成は、活性層３０５から近い方の界面において、Ａｌ０．１５４Ｇａ０．７９６Ｉｎ０．０５Ｎであり、活性層３０５から遠い方の界面において、Ａｌ０．０５６Ｇａ０．９３４Ｉｎ０．０１Ｎである。
　このような第一Ｐ側ガイド層８０６では、活性層３０５との界面付近においては、圧縮歪を有し、電子障壁層１０７との界面付近においては、引っ張り歪を有する。
　なお、本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層８０６の全体が組成傾斜領域であったが、第一Ｐ側ガイド層８０６のうち、積層方向における一部の領域だけが、組成傾斜領域であってもよい。
　（実施の形態９）
　実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、第二Ｎ側ガイド層を備えない点、並びに、バリア層、第一Ｐ側ガイド層、電子障壁層、及び第二Ｐ側ガイド層の構成が異なる点において実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子１００との相違点を中心に、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１２に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層１０３と、活性層９０５と、第一Ｐ側ガイド層９０６と、電子障壁層９０７と、第二Ｐ側ガイド層９０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る第一Ｎ側ガイド層１０３は、実施の形態１に係る第一Ｎ側ガイド層１０３と同様にＡｌ０．０３ＧａＮ０．９７層であるが、膜厚と、不純物濃度とが異なる。本実施の形態に係る第一Ｎ側ガイド層１０３は、膜厚１４０ｎｍのアンドープＡｌ０．０３ＧａＮ０．９７層である。
　活性層９０５は、第一Ｎ側ガイド層１０３の上方に配置され、第一Ｎ側ガイド層１０３に接する。なお、活性層９０５は、二つのバリア層９０５ａ及び９０５ｃと、ウェル層１０５ｂとを有する。本実施の形態では、ウェル層１０５ｂは、膜厚１７．５ｎｍのアンドープＧａ０．９９Ｉｎ０．０１Ｎ層である。
　バリア層９０５ａ及び９０５ｃの各々は、第一Ｎ側ガイド層１０３の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。バリア層９０５ｃは、バリア層９０５ａの上方に配置される。本実施の形態では、バリア層９０５ａ及び９０５ｃの各々のバンドギャップエネルギーは、ウェル層１０５ｂのバンドギャップエネルギー、第一Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギー、及び、第一Ｎ側ガイド層１０３の平均バンドギャップエネルギーより大きく、電子障壁層９０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。バリア層９０５ａ及び９０５ｃの各々は、膜厚１０ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である。
　第一Ｐ側ガイド層９０６は、活性層９０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層９０６は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層９０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。つまり、窒化物系半導体発光素子１００においては、第一Ｎ側ガイド層１０３（つまり、Ｎ側半導体層）及び第一Ｐ側ガイド層９０６（つまり、Ｐ側半導体層）のうち、第一Ｐ側ガイド層９０６だけがＡｌＧａＩｎＮからなる。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層９０６は、光ガイド層である。第一Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第一Ｐ側ガイド層９０６は、アンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層９０６は、膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９５１６Ｉｎ０．００８４Ｎ層である。
　電子障壁層９０７は、第一Ｐ側ガイド層９０６とＰ型クラッド層１０９との間に配置される窒化物系半導体層である。電子障壁層９０７のバンドギャップエネルギーは、バリア層９０５ｃのバンドギャップエネルギーより大きい。これにより、電子が活性層９０５からＰ型クラッド層１０９へ漏れることを抑制できる。本実施の形態では、電子障壁層９０７のバンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１０９のバンドギャップエネルギーより大きい。電子障壁層９０７は、濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚５ｎｍのＰ型Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎ層である。
　第二Ｐ側ガイド層９０８は、Ｐ型クラッド層１０９と、活性層９０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第二Ｐ側ガイド層９０８は、電子障壁層９０７と、Ｐ型クラッド層１０９との間に配置される第二ガイド層の一例でもある。第二Ｐ側ガイド層９０８は、Ｐ型クラッド層１０９より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第二Ｐ側ガイド層９０８の平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギー以上である。第二Ｐ側ガイド層９０８は、Ａｌを含む。また、第二Ｐ側ガイド層９０８は、Ｐ型の窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第二Ｐ側ガイド層９０８は、電子障壁層９０７とＰ型クラッド層１０９との間に配置され、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１４８ｎｍのＰ型Ａｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である。第二Ｐ側ガイド層９０８の平均バンドギャップエネルギーは、バリア層９０５ａ及び９０５ｃの各々の平均バンドギャップエネルギーと等しい。
　本実施の形態のように、第一Ｎ側ガイド層１０３及び第一Ｐ側ガイド層９０６のうち、第一Ｐ側ガイド層９０６だけがＡｌＧａＩｎＮからなる窒化物系半導体発光素子においても、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる。なお、第一Ｎ側ガイド層１０３及び第一Ｐ側ガイド層９０６のうち、第一Ｎ側ガイド層１０３だけが、ＡｌＧａＩｎＮからなってもよい。このような構成を有する窒化物系半導体発光素子においても、第一Ｐ側ガイド層９０６がＡｌＧａＩｎＮからなるため、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる。
　また、本実施の形態のように、バリア層９０５ａ及び９０５ｃは、ＡｌＧａＮからなってもよい。このような構成を有する窒化物系半導体発光素子においても、第一Ｐ側ガイド層９０６がＡｌＧａＩｎＮからなるため、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる。
　また、本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層９０６がＡｌＧａＩｎＮからなり、第一Ｎ側ガイド層１０３がＡｌＧａＮからなる。このように、第一Ｐ側ガイド層９０６のＩｎ組成比は、第一Ｎ側ガイド層１０３のＩｎ組成比より高い。これにより、第一Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギーを、第一Ｎ側ガイド層の平均バンドギャップエネルギーより小さくすることが可能となる。本実施の形態においては、基板１０１に対する、第一Ｐ側ガイド層９０６の引っ張り歪の方が、第一Ｎ側ガイド層１０３の引っ張り歪より小さくなる。したがって、活性層９０５から電子障壁層９０７へ向かうピエゾ電界の方が、Ｎ型クラッド層１０２から活性層９０５へ向かうピエゾ電界より小さくなる。このため、実施の形態４と同様に、電子より注入効率が低くなる傾向にあるホールの注入効率を高めることができる。
　（実施の形態１０）
　実施の形態１０に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の半導体積層体は、ウェル層、電子障壁層、及びコンタクト層以外の構成において実施の形態９に係る半導体積層体と相違する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子においては、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子より、クラッド層などにおけるＡｌ組成比が大きい。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子との相違点を中心に、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１３に示されるように、Ｎ型クラッド層１００２と、第一Ｎ側ガイド層１００３と、活性層１００５と、第一Ｐ側ガイド層１００６と、電子障壁層９０７と、第二Ｐ側ガイド層１００８と、Ｐ型クラッド層１００９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　Ｎ型クラッド層１００２は、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例である。Ｎ型クラッド層１００２の導電型は、Ｎ型である。Ｎ型クラッド層１００２は、活性層１００５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。本実施の形態では、Ｎ型クラッド層１００２は、濃度５×１０１７ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚８００ｎｍのＮ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層である。
　第一Ｎ側ガイド層１００３は、Ｎ型クラッド層１００２と、活性層１００５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第一Ｎ側ガイド層１００３は、Ｎ型クラッド層１００２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第一Ｎ側ガイド層１００３は、Ａｌを含む。また、第一Ｎ側ガイド層１００３は、アンドープの窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第一Ｎ側ガイド層１００３は、Ｎ型クラッド層１００２と活性層１００５との間に配置される膜厚７０ｎｍのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層である。
　活性層１００５は、ウェル層１０５ｂと、二つのバリア層１００５ａ及び１００５ｃとを有する。
　バリア層１００５ａ及び１００５ｃの各々は、第一Ｎ側ガイド層１００３の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。バリア層１００５ｃは、バリア層１００５ａの上方に配置される。本実施の形態では、バリア層１００５ａ及び１００５ｃの各々のバンドギャップエネルギーは、ウェル層１０５ｂのバンドギャップエネルギー、第一Ｐ側ガイド層１００６の平均バンドギャップエネルギー、及び、第一Ｎ側ガイド層１００３の平均バンドギャップエネルギーより大きく、電子障壁層９０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。バリア層１００５ａ及び１００５ｃの各々は、膜厚１０ｎｍのアンドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎ層である。
　第一Ｐ側ガイド層１００６は、活性層１００５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１００６は、Ｐ型クラッド層１００９と、活性層１００５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる第一半導体層の一例でもある。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１００６は、光ガイド層である。第一Ｐ側ガイド層１００６の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１００９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第一Ｐ側ガイド層１００６は、アンドープＡｌＧａＩｎＮ層である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１００６は、膜厚７２ｎｍのアンドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９１７Ｉｎ０．０１３Ｎ層である。
　第二Ｐ側ガイド層１００８は、Ｐ型クラッド層１００９と、活性層１００５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第二Ｐ側ガイド層１００８は、電子障壁層９０７と、Ｐ型クラッド層１００９との間に配置される第二ガイド層の一例でもある。第二Ｐ側ガイド層１００８は、Ｐ型クラッド層１００９より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第二Ｐ側ガイド層１００８の平均バンドギャップエネルギーは、第一Ｐ側ガイド層１００６の平均バンドギャップエネルギー以上である。第二Ｐ側ガイド層１００８は、Ａｌを含む。また、第二Ｐ側ガイド層１００８は、Ｐ型の窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第二Ｐ側ガイド層１００８は、電子障壁層９０７とＰ型クラッド層１００９との間に配置され、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１４８ｎｍのＰ型Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層である。
　Ｐ型クラッド層１００９は、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例である。Ｐ型クラッド層１００９の導電型は、Ｐ型である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１００９は、第一Ｐ側ガイド層１００６の上方に配置される。Ｐ型クラッド層１００９は、活性層１００５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。Ｐ型クラッド層１００９の平均バンドギャップエネルギーは、電子障壁層９０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１００９には、不純物としてＭｇがドープされている。Ｐ型クラッド層１００９の活性層１００５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１００５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層１００９は、膜厚４５０ｎｍのＡｌＧａＮ層であり、活性層１００５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層と、活性層１００５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ層とを有する。
　本実施の形態に係る半導体積層体のように、各クラッド層などのＡｌ組成比が大きい場合にも、半導体積層体がＡｌＧａＩｎＮからなる第一Ｐ側ガイド層１００６を備えることにより、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる。
　（実施の形態１１）
　実施の形態１１に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の半導体積層体は、活性層の構成において実施の形態９に係る半導体積層体と相違する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子においては、活性層の各層がＡｌＧａＩｎＮからなる。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子との相違点を中心に、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１４に示されるように、Ｎ型クラッド層１０２と、第一Ｎ側ガイド層１０３と、活性層１１０５と、第一Ｐ側ガイド層９０６と、電子障壁層９０７と、第二Ｐ側ガイド層９０８と、Ｐ型クラッド層１０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　活性層１１０５は、ウェル層３０５ｂと、二つのバリア層１１０５ａ及び１１０５ｃとを有する。本実施の形態では、ウェル層３０５ｂは、膜厚１７．５ｎｍのアンドープＡｌ０．０２Ｇａ０．９６Ｉｎ０．０２Ｎ層である。
　バリア層１１０５ａ及び１１０５ｃの各々は、第一Ｎ側ガイド層１０３の上方に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。バリア層１１０５ｃは、バリア層１１０５ａの上方に配置される。本実施の形態では、バリア層１１０５ａ及び１１０５ｃの各々のバンドギャップエネルギーは、ウェル層３０５ｂのバンドギャップエネルギー、第一Ｐ側ガイド層９０６の平均バンドギャップエネルギー、及び、第一Ｎ側ガイド層１０３の平均バンドギャップエネルギーより大きく、電子障壁層９０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。バリア層１１０５ａ及び１１０５ｃの各々は、膜厚１０ｎｍのアンドープＡｌ０．０７Ｇａ０．９２Ｉｎ０．０２Ｎ層である。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子においても、実施の形態９に係る窒化物系半導体発光素子と同様の効果が奏される。さらに、本実施の形態に係る半導体積層体のように、活性層１１０５の各層がＡｌＧａＩｎＮからなることにより、第一半導体層の一例である第一Ｐ側ガイド層９０６のＡｌ組成比を、バリア層１１０５ａ及び１１０５ｃのＡｌ組成比より低くすることができる。これにより、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪をより一層低減できる。
　（実施の形態１２）
　実施の形態１２に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の半導体積層体は、主に、活性層及び第一Ｐ側ガイド層の構成において実施の形態１に係る半導体積層体と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子との相違点を中心に、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１５に示されるように、Ｎ型クラッド層１２０２と、第一Ｎ側ガイド層１２０３と、第二Ｎ側ガイド層１２０４と、活性層１２０５と、第一Ｐ側ガイド層１２０６と、電子障壁層１２０７と、第二Ｐ側ガイド層１２０８と、Ｐ型クラッド層１２０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　Ｎ型クラッド層１２０２は、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例である。Ｎ型クラッド層１２０２の導電型は、Ｎ型である。Ｎ型クラッド層１２０２は、活性層１２０５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。本実施の形態では、Ｎ型クラッド層１２０２は、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚９００ｎｍのＮ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層である。
　第一Ｎ側ガイド層１２０３は、Ｎ型クラッド層１２０２と、活性層１２０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第一Ｎ側ガイド層１２０３は、Ｎ型クラッド層１２０２より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第一Ｎ側ガイド層１２０３は、Ａｌを含む。本実施の形態では、第一Ｎ側ガイド層１２０３は、Ｎ型クラッド層１２０２と第二Ｎ側ガイド層１２０４との間に配置され、濃度１×１０１８ｃｍ－３のＳｉがドープされた膜厚１２７ｎｍのＮ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。
　第二Ｎ側ガイド層１２０４は、Ｎ型クラッド層１２０２の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＮ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１２０４は、Ｎ型クラッド層１２０２と、活性層１２０５との間に配置され、ＡｌＧａＮからなる半導体層である。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１２０４は、光ガイド層である。第二Ｎ側ガイド層１２０４の平均バンドギャップエネルギーは、Ｎ型クラッド層１２０２の平均バンドギャップエネルギーより小さい。第二Ｎ側ガイド層１２０４は、アンドープＡｌＧａＮ層である。第一Ｎ側ガイド層１２０３の平均バンドギャップエネルギー、及びＡｌ組成比は、それぞれ、第二Ｎ側ガイド層１２０４の平均バンドギャップエネルギー、及びＡｌ組成比に等しい。本実施の形態では、第二Ｎ側ガイド層１２０４は、第一Ｎ側ガイド層１２０３と活性層１２０５との間に配置される膜厚８０ｎｍのアンドープＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。
　活性層１２０５は、ウェル層１２０５ｂと、二つのバリア層１２０５ａ及び１２０５ｃとを有する。本実施の形態では、窒化物系半導体発光素子からのフォトルミネッセンスのピーク波長が３６６ｎｍとなるようにウェル層１２０５ｂの構成が決定される。ウェル層１２０５ｂは、膜厚１７．５ｎｍのアンドープＧａ０．９９Ｉｎ０．０１Ｎ層である。
　バリア層１２０５ａは、第一Ｎ側ガイド層１２０３とウェル層１２０５ｂの間に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。バリア層１２０５ｃは、ウェル層１２０５ｂと第一Ｐ側ガイド層１２０６の間に配置され、量子井戸構造の障壁として機能する窒化物系半導体層である。本実施の形態では、バリア層１２０５ａ及び１２０５ｃの各々のバンドギャップエネルギーは、ウェル層１２０５ｂのバンドギャップエネルギー、第一Ｐ側ガイド層１２０６の平均バンドギャップエネルギー、及び、第一Ｎ側ガイド層１２０３の平均バンドギャップエネルギーより大きく、電子障壁層１２０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。バリア層１２０５ａは、膜厚１４ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層であり、バリア層１２０５ｃは、膜厚１２ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である。
　第一Ｐ側ガイド層１２０６は、活性層１２０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１２０６は、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａと、上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂとを含む。下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは、Ｐ型クラッド層１２０９と、活性層１２０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる層とである。上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂは、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａとＰ型クラッド層１２０９との間に配置され、ＡｌＧａＮからなる層である。下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは、ＡｌＧａＮからなるＰ型クラッド層１２０９と、活性層１２０５との間に配置される第一半導体層の一例である。また、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは、活性層１２０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例でもある。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１２０６は、光ガイド層である。下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａ、及び上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂの各々の平均バンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１２０９の平均バンドギャップエネルギーより小さい。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１２０６は、活性層１２０５と電子障壁層１２０７との間に配置される、膜厚５３ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９５Ｉｎ０．０１Ｎ層である下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａと、膜厚７ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂとを含む。下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは基板１０１に対して圧縮歪を有する。なお、上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂは、電子障壁層１２０７との界面を含む領域において、当該界面に近づくにしたがってＭｇ濃度が増大してもよい。このように、上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂの不純物濃度は一様でなくてもよい。上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂは、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａよりも屈折率が小さく、バンドギャップエネルギーが大きい。
　電子障壁層１２０７は、第一Ｐ側ガイド層１２０６とＰ型クラッド層１２０９との間に配置される窒化物系半導体層である。電子障壁層１２０７のバンドギャップエネルギーは、バリア層１２０５ｃのバンドギャップエネルギーより大きい。これにより、電子が活性層１２０５からＰ型クラッド層１２０９へ漏れることを抑制できる。本実施の形態では、電子障壁層１２０７のバンドギャップエネルギーは、Ｐ型クラッド層１２０９のバンドギャップエネルギーより大きい。電子障壁層１２０７は、濃度１．５×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１．６ｎｍのＰ型Ａｌ０．３６Ｇａ０．６４Ｎ層である。
　第二Ｐ側ガイド層１２０８は、Ｐ型クラッド層１２０９と、活性層１２０５との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層の一例であり、窒化物系半導体からなる。第二Ｐ側ガイド層１２０８は、電子障壁層１２０７と、Ｐ型クラッド層１２０９との間に配置される第二ガイド層の一例でもある。第二Ｐ側ガイド層１２０８は、Ｐ型クラッド層１２０９より屈折率が大きく、バンドギャップエネルギーが小さい。第二Ｐ側ガイド層１２０８は、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａよりも屈折率が小さく、バンドギャップエネルギーが大きい。第二Ｐ側ガイド層１２０８は、第二Ｎ側ガイド層１２０４と同じ屈折率であり、バンドギャップエネルギーが同じである。第二Ｐ側ガイド層１２０８は、Ａｌを含む。また、第二Ｐ側ガイド層１２０８は、Ｐ型の窒化物系半導体層である。本実施の形態では、第二Ｐ側ガイド層１２０８は、電子障壁層１２０７とＰ型クラッド層１２０９との間に配置され、濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１１０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層である。
　Ｐ型クラッド層１２０９は、基板１０１の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層の一例である。Ｐ型クラッド層１２０９の導電型は、Ｐ型である。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１２０９は、第一Ｐ側ガイド層１２０６の上方に配置される。Ｐ型クラッド層１２０９は、活性層１２０５より屈折率が小さく、かつ、平均バンドギャップエネルギーが大きい。Ｐ型クラッド層１２０９の平均バンドギャップエネルギーは、電子障壁層１２０７の平均バンドギャップエネルギーより小さい。本実施の形態では、Ｐ型クラッド層１２０９には、不純物としてＭｇがドープされている。Ｐ型クラッド層１２０９の活性層１２０５に近い側の端部における不純物濃度は、活性層１２０５から遠い側の端部における不純物濃度よりも低い。具体的には、Ｐ型クラッド層１２０９は、膜厚４５０ｎｍのＡｌＧａＮ層であり、活性層１２０５に近い側に配置される濃度２×１０１８ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚１５０ｎｍのＰ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層と、活性層１２０５から遠い側に配置される濃度１×１０１９ｃｍ－３のＭｇがドープされた膜厚３００ｎｍのＰ型Ａｌ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎ層とを有する。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子においても、基板１０１に対する半導体積層体の引っ張り歪を低減できる。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子では、活性層１２０５への光閉じ込め係数が５．２％であり、光損失（つまり、導波路損失）が３．８ｃｍ－１であり、実効屈折率差が１４．０×１０－３である。ここで、実効屈折率差とは、Ｐ型クラッド層１２０９に形成されたリッジ（図２Ａのリッジ１０９Ｒ参照）の下方の領域であって、光が存在する領域の平均屈折率と、リッジの下方以外の領域であって、光が存在する領域の平均屈折率との差である。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子では、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を、第二Ｎ側ガイド層１２０４とバリア層１２０５ａとの界面から１１．３ｎｍ上方に位置させることができる。このように本実施の形態では、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１２０５のウェル層１２０５ｂ付近に位置させることができる。
　また、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子では、出射光の積層方向における発散角が４４．７度である。ここで、発散角は、出射光の広がり角度を示すパラメータであり、発散角における光強度が、光軸上の光強度の１／ｅ２となるように定められる。
　また、ＡｌＧａＩｎＮからなる下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａのバンドギャップエネルギーは、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きく、第二Ｐ側ガイド層１２０８のバンドギャップエネルギー以下であればよい。このようにすることで、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａにおいて、レーザ発振波長に対する光吸収性の導波路損失を低減しつつ、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａの屈折率を第二Ｐ側ガイド層１２０８の屈折率以上にすることができる。この場合、垂直方向の光分布のピーク強度の最大位置のウェル層近傍の位置への制御性を向上させることができ、光閉じ込め係数を増大させつつ低導波路損失を得ることができる。
　以上のように、本実施の形態では、良好な特性を有する窒化物系半導体発光素子を実現できる。
　なお、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の構成は、上述した構成例に限定されない。例えば、第一Ｐ側ガイド層１２０６の下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａの組成が、上述した構成例と異なっていてもよい。以下、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａにおいて、上記構成例と異なる変形例１について説明する。
　変形例１では、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは、膜厚５３ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９４５Ｉｎ０．０１５Ｎ層である。下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは基板１０１に対して圧縮歪を有する。
　変形例１に係る窒化物系半導体発光素子においても、上述した本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子と同様の効果が奏される。変形例１に係る窒化物系半導体発光素子では、活性層１２０５への光閉じ込め係数が４．８％であり、光損失が４．３ｃｍ－１であり、実効屈折率差が１２．９×１０－３である。
　また、変形例１に係る窒化物系半導体発光素子では、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を、第二Ｎ側ガイド層１２０４とバリア層１２０５ａとの界面から３．５ｎｍ上方に位置させることができる。このように変形例１では、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１２０５のウェル層１２０５ｂ付近に位置させることができる。また、変形例１に係る窒化物系半導体発光素子では、出射光の積層方向における発散角が４２．５度である。
　なお、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａの構成はこれに限定されない。例えば、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａのＩｎ組成比だけでなく膜厚も、本実施の形態に係る下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａと異なっていてもよい。例えば、変形例２に係る下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは、膜厚２５ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９４５Ｉｎ０．０１５Ｎ層であってもよい。このような変形例２に係る窒化物系半導体発光素子では、活性層１２０５への光閉じ込め係数が４．８％であり、光損失が４．７ｃｍ－１であり、実効屈折率差が１３．９×１０－３である。また、変形例２に係る窒化物系半導体発光素子では、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を、第二Ｎ側ガイド層１２０４とバリア層１２０５ａとの界面から２．３ｎｍ上方に位置させることができる。このように変形例２に係る窒化物系半導体発光素子でも、光強度分布の積層方向におけるピーク位置を活性層１２０５のウェル層１２０５ｂ付近に位置させることができる。また、変形例２に係る窒化物系半導体発光素子では、出射光の積層方向における発散角が４２．４度である。
　以上のように、本実施の形態及びその変形例では、良好な特性を有する窒化物系半導体発光素子を実現できる。
　（実施の形態１３）
　実施の形態１３に係る窒化物系半導体発光素子について説明する。本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子の半導体積層体は、主に、第一Ｐ側ガイド層の構成において実施の形態１２に係る半導体積層体と相違する。以下、本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子について、実施の形態１２に係る窒化物系半導体発光素子との相違点を中心に、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態に係る半導体積層体のバンドギャップエネルギーの積層方向における分布を示すグラフである。
　本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、実施の形態１に係る窒化物系半導体発光素子と同様に、基板１０１と、半導体積層体と、電流ブロック層１１１と、Ｐ側電極１１２と、Ｎ側電極１１３とを備える。本実施の形態に係る半導体積層体は、図１５に示されるように、Ｎ型クラッド層１２０２と、第一Ｎ側ガイド層１２０３と、第二Ｎ側ガイド層１２０４と、活性層１２０５と、第一Ｐ側ガイド層１３０６と、電子障壁層１２０７と、第二Ｐ側ガイド層１２０８と、Ｐ型クラッド層１２０９と、コンタクト層１１０（図２Ａ参照）とを有する。
　本実施の形態に係る第一Ｐ側ガイド層１３０６は、活性層１２０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例である。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１３０６は、下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａと、上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂとを含む。下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａは、Ｐ型クラッド層１２０９と、活性層１２０５との間に配置され、ＡｌＧａＩｎＮからなる層である。上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂは、下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａと、Ｐ型クラッド層１２０９との間に配置されＡｌＧａＮからなる層である。下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａは、ＡｌＧａＮからなるＰ型クラッド層１２０９と、活性層１２０５との間に配置される第一半導体層の一例である。また、下側第一Ｐ側ガイド層１２０６ａは、活性層１２０５の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層の一例でもある。本実施の形態に係る第一Ｐ側ガイド層１３０６は、下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａのＩｎ組成比において、実施の形態１２に係る第一Ｐ側ガイド層１２０６と相違する。本実施の形態では、第一Ｐ側ガイド層１３０６は、活性層１２０５と電子障壁層１２０７との間に配置される、膜厚５３ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９５５Ｉｎ０．００５Ｎ層である下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａと、膜厚７ｎｍのアンドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ層である上側第一Ｐ側ガイド層１２０６ｂとを含む。下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａは基板１０１に対して引っ張り歪を有する。下側第一Ｐ側ガイド層１３０６ａと第二Ｐ側ガイド層１２０８とは、屈折率がほぼ等しく、バンドギャップエネルギーが等しい。
　以上のような構成を有する本実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子においても、実施の形態１２に係る窒化物系半導体発光素子と同様には、良好な特性を有する窒化物系半導体発光素子を実現できる。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る窒化物系半導体発光素子について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記各実施の形態においては、窒化物系半導体発光素子が半導体レーザ素子である例を示したが、窒化物系半導体発光素子は、半導体レーザ素子に限定されない。例えば、窒化物系半導体発光素子は、スーパールミネッセントダイオードであってもよい。この場合、窒化物系半導体発光素子が備える半導体積層体の端面の半導体積層体からの出射光に対する反射率は、０．１％以下であってもよい。このような反射率は、例えば、端面に、誘電体多層膜などからなる反射防止膜を形成することによって実現できる。又は、導波路となるリッジがフロント端面の法線方向から５°以上傾いてフロント端面と交わる傾斜ストライプ構造とすれば、フロント端面で反射した導波光が再び導波路と結合し導波光となる成分の割合を０．１％以下の小さい値とすることができる。
　また、各実施の形態において、Ｐ型クラッド層は、Ａｌ組成比が均一な層であったが、Ｐ型クラッド層の構成はこれに限定されない。例えば、Ｐ型クラッド層は、複数のＡｌＧａＮ層の各々と、複数のＧａＮ層の各々とが交互に積層された超格子構造を有してもよい。
　また、各実施の形態は、第二Ｐ側ガイド層を有しているが、第二Ｐ側ガイド層を有しなくてもよい。
　加えて、各実施の形態に係る窒化物系半導体発光素子は、第一Ｎ側ガイド層と第一Ｐ側ガイド層の両方を有しているが、第一Ｎ側ガイド層を有し、第一Ｐ側ガイド層を有しなくてもよい。あるいは、第一Ｐ側ガイド層を有し、第一Ｎ側ガイド層を有しなくてもよい。
　また、各実施の形態では、基板１０１上にＮ型クラッド層が積層されたが、基板１０１とＮ型クラッド層との間に他の層が挿入されてもよい。例えば、基板１０１とＮ型クラッド層との間に、バッファ層、下地層などが挿入されてもよい。
　また、上記各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示の窒化物系半導体発光素子は、例えば、高出力かつ高効率な光源として露光装置及び加工機用の光源などに適用できる。
　１００　窒化物系半導体発光素子
　１００Ｆ、１００Ｒ　端面
　１００Ｓ　半導体積層体
　１０１　基板
　１０２、１００２、１２０２　Ｎ型クラッド層
　１０３、２０３、３０３、７０３、１００３、１２０３　第一Ｎ側ガイド層
　１０４、３０４、１２０４　第二Ｎ側ガイド層
　１０５、３０５、９０５、１００５、１１０５、１２０５　活性層
　１０５ａ、１０５ｃ、９０５ａ、９０５ｃ、１００５ａ、１００５ｃ、１１０５ａ、１１０５ｃ、１２０５ａ、１２０５ｃ　バリア層
　１０５ｂ、３０５ｂ、１２０５ｂ　ウェル層
　１０６、３０６、４０６、６０６、７０６、８０６、９０６、１００６、１２０６、１３０６　第一Ｐ側ガイド層
　１０７、９０７、１２０７　電子障壁層
　１０８、９０８、１００８、１２０８　第二Ｐ側ガイド層
　１０９、１００９、１２０９　Ｐ型クラッド層
　１０９Ｒ　リッジ
　１０９Ｔ　溝
　１１０　コンタクト層
　１１１　電流ブロック層
　１１２　Ｐ側電極
　１１３　Ｎ側電極
　３０２ａ　第一Ｎ型クラッド層
　３０２ｂ　第二Ｎ型クラッド層
　３０２ｃ　第三Ｎ型クラッド層
　５０６　第三Ｐ側ガイド層
　１２０６ａ、１３０６ａ　下側第一Ｐ側ガイド層
　１２０６ｂ　上側第一Ｐ側ガイド層

Claims (29)

  1. 　ＧａＮからなる基板と、
    　前記基板の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなる第一クラッド層と、
    　前記基板の上方に配置される活性層と、
    　前記第一クラッド層と、前記活性層との間に配置される第一半導体層とを備え、
    　前記活性層は、窒化物系半導体からなるウェル層と、Ａｌを含む窒化物系半導体からなるバリア層とを有し、
    　前記第一半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記第一クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、
    　前記第一半導体層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる
    　窒化物系半導体発光素子。
  2. 　前記第一半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記バリア層のバンドギャップエネルギーより小さい
    　請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
  3. 　前記第一半導体層は、光ガイド層である
    　請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
  4. 　前記第一半導体層は、クラッド層である
    　請求項１又は２に記載の窒化物系半導体発光素子。
  5. 　前記第一半導体層のＡｌ組成比は、前記第一クラッド層のＡｌ組成比より高い
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  6. 　前記第一半導体層は、圧縮歪を有し、
    　前記第一半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きい
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  7. 　前記第一半導体層のＡｌ組成比は、前記バリア層のＡｌ組成比より高い
    　請求項６に記載の窒化物系半導体発光素子。
  8. 　前記第一クラッド層と、前記活性層との間に配置される光ガイド層である第一ガイド層をさらに備え、
    　前記第一ガイド層は、窒化物系半導体からなる
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  9. 　前記第一ガイド層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる
    　請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子。
  10. 　前記第一半導体層のＡｌ組成比は、前記バリア層のＡｌ組成比より低い
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  11. 　前記バリア層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  12. 　前記第一半導体層のＩｎ組成比は、前記バリア層のＩｎ組成比より高い
    　請求項１１に記載の窒化物系半導体発光素子。
  13. 　前記第一半導体層のＡｌ組成比は、前記バリア層のＡｌ組成比以下である
    　請求項１１又は１２に記載の窒化物系半導体発光素子。
  14. 　前記ウェル層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる
    　請求項１～１３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  15. 　前記第一クラッド層の導電型は、Ｎ型である
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  16. 　前記第一半導体層は、前記第一クラッド層の上方に配置され、
    　前記活性層は、前記第一半導体層の上方に配置される
    　請求項１５に記載の窒化物系半導体発光素子。
  17. 　前記第一クラッド層の導電型は、Ｐ型である
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  18. 　前記第一半導体層は、前記活性層の上方に配置され、
    　前記第一クラッド層は、前記第一半導体層の上方に配置される
    　請求項１７に記載の窒化物系半導体発光素子。
  19. 　前記第一半導体層と前記第一クラッド層との間に配置される電子障壁層と、
    　前記電子障壁層と前記第一クラッド層との間に配置される光ガイド層である第二ガイド層とをさらに備える
    　請求項１７又は１８に記載の窒化物系半導体発光素子。
  20. 　前記第一半導体層と前記第一クラッド層との間に配置され、ＡｌＧａＮからなる上側第一Ｐ側ガイド層をさらに備え、
    　前記第一クラッド層の導電型は、Ｐ型である
    　請求項１７～１９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  21. 　ＧａＮからなる基板と、
    　前記基板の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなるＮ型クラッド層と、
    　前記Ｎ型クラッド層の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＮ側半導体層と、
    　前記Ｎ側半導体層の上方に配置される活性層と、
    　前記活性層の上方に配置され、窒化物系半導体からなるＰ側半導体層と、
    　前記Ｐ側半導体層の上方に配置され、ＡｌＧａＮからなるＰ型クラッド層とを備え、
    　前記活性層は、窒化物系半導体からなるウェル層と、Ａｌを含む窒化物系半導体からなるバリア層とを有し、
    　前記Ｎ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ型クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、
    　前記Ｐ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｐ型クラッド層の平均バンドギャップエネルギーより小さく、
    　前記Ｎ側半導体層及び前記Ｐ側半導体層の少なくとも一方は、ＡｌＧａＩｎＮからなる
    　窒化物系半導体発光素子。
  22. 　前記Ｎ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記バリア層のバンドギャップエネルギーより小さく、
    　前記Ｐ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記バリア層のバンドギャップエネルギーより小さい
    　請求項２１に記載の窒化物系半導体発光素子。
  23. 　前記Ｎ側半導体層及び前記Ｐ側半導体層の各々は、光ガイド層である
    　請求項２１又は２２に記載の窒化物系半導体発光素子。
  24. 　前記Ｐ側半導体層と前記Ｐ型クラッド層との間に配置される上側第一Ｐ側ガイド層をさらに備え、
    　前記Ｐ側半導体層は、ＡｌＧａＩｎＮからなる光ガイド層であり、
    　前記上側第一Ｐ側ガイド層は、ＡｌＧａＮからなる
    　請求項２１～２３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  25. 　前記Ｎ側半導体層のＡｌ組成比は、前記Ｎ型クラッド層のＡｌ組成比より高い
    　請求項２１～２４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  26. 　前記Ｐ側半導体層のＡｌ組成比は、前記Ｐ型クラッド層のＡｌ組成比より高い
    　請求項２１～２５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  27. 　前記ＡｌＧａＩｎＮの格子定数は、ＧａＮの格子定数より大きく、
    　前記ＡｌＧａＩｎＮのバンドギャップエネルギーは、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きい
    　請求項２１～２６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  28. 　前記Ｐ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーは、前記Ｎ側半導体層の平均バンドギャップエネルギーより小さい
    　請求項２１～２７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
  29. 　前記Ｐ側半導体層のＩｎ組成比は、前記Ｎ側半導体層のＩｎ組成比より高い
    　請求項２８に記載の窒化物系半導体発光素子。
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